JP2013247054A - Battery system and deterioration state determination method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate determination that the deterioration component occurring due to deviation of the salt concentration has been eliminated.SOLUTION: The battery system includes a secondary battery (10) performing charge and discharge, and a controller (30). The controller determines that a first deterioration component (high rate deterioration) generated due to deviation of the salt concentration in a secondary battery has been eliminated, if the time (τ) when the secondary battery is not charging nor discharging is equal to or longer than a predetermined time (τlim). Furthermore, the controller calculates a resistance increase amount (ΔRa) of a second deterioration component (abrasive deterioration) generated due to abrasion of the secondary battery, and shortens the predetermined time depending on the increase in resistance increase amount.

Description

本発明は、二次電池の劣化状態、具体的には、二次電池の摩耗によって発生する劣化状態を特定する技術に関する。   The present invention relates to a technology for specifying a deterioration state of a secondary battery, specifically, a deterioration state caused by wear of the secondary battery.

二次電池の劣化には、二次電池の摩耗によって発生する劣化(摩耗劣化という)と、二次電池の内部における塩濃度の偏りによって発生する劣化(ハイレート劣化という)とが含まれる。二次電池の抵抗には、摩耗劣化に伴う抵抗上昇量と、ハイレート劣化に伴う抵抗上昇量とが混在するため、ハイレート劣化に伴う抵抗上昇量を特定するためには、摩耗劣化に伴う抵抗上昇量を特定する必要がある。すなわち、二次電池の抵抗から、摩耗劣化に伴う抵抗上昇量を減算すれば、ハイレート劣化に伴う抵抗上昇量を特定することができる。   The deterioration of the secondary battery includes deterioration caused by wear of the secondary battery (referred to as wear deterioration) and deterioration caused by uneven salt concentration inside the secondary battery (referred to as high-rate deterioration). Since the resistance increase of secondary batteries is a mixture of resistance increase due to wear deterioration and resistance increase due to high rate deterioration, in order to specify the resistance increase due to high rate deterioration, the resistance increase due to wear deterioration The amount needs to be specified. That is, by subtracting the amount of increase in resistance associated with wear deterioration from the resistance of the secondary battery, the amount of increase in resistance associated with high rate deterioration can be specified.

ハイレート劣化は、塩濃度の偏りに伴って発生するため、塩濃度の偏りが解消されれば、ハイレート劣化が解消されることになる。ここで、二次電池を充放電せずに、放置すれば、塩濃度の偏りを解消させることができる。そして、ハイレート劣化が解消されている状態であれば、二次電池の抵抗は、摩耗劣化に伴う抵抗上昇量に相当し、摩耗劣化に伴う抵抗上昇量を特定することができる。   High-rate degradation occurs with an uneven salt concentration, so if the uneven salt concentration is eliminated, the high-rate degradation is eliminated. Here, if the secondary battery is left without being charged / discharged, it is possible to eliminate the uneven salt concentration. If the high-rate deterioration is eliminated, the resistance of the secondary battery corresponds to the resistance increase amount due to wear deterioration, and the resistance increase amount due to wear deterioration can be specified.

特開2010−060406号公報JP 2010-060406 A

ハイレート劣化が解消されているか否かの判別は、塩濃度の偏りが解消される時間(解消時間という)を考慮することができる。すなわち、二次電池を放置する時間が解消時間を超えていれば、ハイレート劣化が解消されていると判別することができる。ここで、予め実験などを行って、ハイレート劣化が解消される最大の時間を解消時間として設定しておけば、二次電池を放置する時間が解消時間を超えたことを判別することにより、ハイレート劣化が解消されていると判別することができる。   The determination of whether or not the high-rate deterioration has been eliminated can take into account the time (referred to as the elimination time) during which the salt concentration unevenness is eliminated. That is, if the time for leaving the secondary battery exceeds the elimination time, it can be determined that the high-rate deterioration has been eliminated. Here, if the maximum time for eliminating the high rate degradation is set as the elimination time by conducting an experiment or the like in advance, by determining that the time for leaving the secondary battery exceeds the elimination time, It can be determined that the degradation has been eliminated.

しかし、ハイレート劣化が解消されていると判別するためには、二次電池を放置する時間が解消時間を超えるまで待たなければならない。上述したように、ハイレート劣化が解消される最大の時間を解消時間として設定すると、ハイレート劣化が解消されていると判別する機会が減ってしまう。特に、二次電池を放置する時間が比較的短く、頻繁に、二次電池の充放電を再開させるときには、二次電池を放置する時間が解消時間を超えにくくなり、ハイレート劣化が解消されていると判別することができなくなってしまう。   However, in order to determine that the high-rate degradation has been eliminated, it is necessary to wait until the time for leaving the secondary battery exceeds the elimination time. As described above, if the maximum time during which high-rate degradation is resolved is set as the resolution time, the opportunity to determine that high-rate degradation has been eliminated decreases. In particular, when the secondary battery is left for a relatively short period of time, when the charge / discharge of the secondary battery is resumed frequently, the time for leaving the secondary battery is less likely to exceed the elimination time, and high-rate deterioration is eliminated. Cannot be determined.

ハイレート劣化が解消されていることを判別できなければ、摩耗劣化に伴う抵抗上昇量を算出することができないとともに、摩耗劣化に伴う抵抗上昇量に基づいて、ハイレート劣化に伴う抵抗上昇量を算出するときの精度が低下してしまう。   If it is not possible to determine that high-rate deterioration has been eliminated, the amount of increase in resistance accompanying wear deterioration cannot be calculated, and the amount of increase in resistance accompanying high-rate deterioration is calculated based on the amount of increase in resistance accompanying wear deterioration. Accuracy will be reduced.

本願第1の発明である電池システムは、充放電を行う二次電池と、コントローラとを有する。コントローラは、二次電池の充放電を行っていない時間が所定時間以上であるとき、二次電池の内部における塩濃度の偏りによって発生する第1劣化成分が解消されていると判別する。また、コントローラは、二次電池の摩耗によって発生する第2劣化成分の抵抗上昇量を算出し、この抵抗上昇量が増加することに応じて、所定時間を短くする。   The battery system according to the first invention of the present application includes a secondary battery that performs charging and discharging, and a controller. When the time during which the secondary battery is not charged / discharged is equal to or longer than a predetermined time, the controller determines that the first deterioration component generated due to the uneven salt concentration in the secondary battery is eliminated. In addition, the controller calculates the amount of increase in resistance of the second deterioration component that occurs due to wear of the secondary battery, and shortens the predetermined time according to the increase in the amount of increase in resistance.

第1劣化成分は、塩濃度の偏りによって発生するため、塩濃度の偏りが緩和されれば、第1劣化成分を解消させることができる。二次電池の充放電を行っていなければ、塩濃度の偏りが緩和されるため、二次電池の充放電を行っていない時間が所定時間以上であることを判別することにより、第1劣化成分が解消されていることを判別することができる。   Since the first deterioration component is generated due to the salt concentration unevenness, the first deterioration component can be eliminated if the salt concentration unevenness is alleviated. If the secondary battery is not charged / discharged, the uneven concentration of the salt is alleviated. Therefore, by determining that the time during which the secondary battery is not charged / discharged is a predetermined time or more, the first deterioration component Can be determined.

二次電池の抵抗に第2劣化成分が含まれているとき、二次電池の抵抗上昇(第1劣化成分および第2劣化成分を含む)を抑制するためには、第2劣化成分の抵抗上昇量に応じて、第1劣化成分の抵抗上昇量を抑制することが好ましい。第1劣化成分の抵抗上昇量を抑制すれば、第1劣化成分を解消させるまでの時間が短縮されるため、第1劣化成分の解消を判別するときに用いられる所定時間を短縮することができる。   In order to suppress an increase in resistance of the secondary battery (including the first deterioration component and the second deterioration component) when the second deterioration component is included in the resistance of the secondary battery, the resistance increase of the second deterioration component is suppressed. It is preferable to suppress the resistance increase amount of the first deterioration component according to the amount. If the resistance increase amount of the first deteriorated component is suppressed, the time until the first deteriorated component is eliminated is shortened, so that the predetermined time used when determining the elimination of the first deteriorated component can be shortened. .

そこで、本願第1の発明によれば、第2劣化成分の抵抗上昇量が増加することに応じて、所定時間を短くすることにより、第1劣化成分が解消されていると判別できる機会を増やすことができる。第1劣化成分が解消されていると判別できる機会を増やせば、第1劣化成分が解消されている状態における二次電池の劣化状態、言い換えれば、第2劣化成分の抵抗上昇量を取得しやすくなる。第2劣化成分の抵抗上昇量を取得しやすくなれば、直近における第2劣化成分の抵抗上昇量を用いて、第1劣化成分の抵抗上昇量を取得することができ、第1劣化成分の抵抗上昇量として精度の良い値を得ることができる。   Therefore, according to the first invention of the present application, in accordance with the increase in the resistance increase amount of the second deterioration component, the opportunity to determine that the first deterioration component has been eliminated is increased by shortening the predetermined time. be able to. If the opportunity to determine that the first deterioration component has been eliminated is increased, the deterioration state of the secondary battery in the state in which the first deterioration component has been eliminated, in other words, the resistance increase amount of the second deterioration component can be easily obtained. Become. If it becomes easy to acquire the resistance increase amount of the second deterioration component, it is possible to acquire the resistance increase amount of the first deterioration component using the most recent resistance increase amount of the second deterioration component, and the resistance of the first deterioration component A highly accurate value can be obtained as the amount of increase.

二次電池の抵抗上昇を許容する上限値から、第2劣化成分の抵抗上昇量を除けば、第1劣化成分の抵抗上昇を許容する許容量を算出することができる。第1劣化成分の抵抗上昇は、許容量の範囲内で変化することになるため、許容量に基づいて、上述した所定時間を設定すればよい。このため、許容量が低下すれば、所定時間を短くすることができる。   By removing the resistance increase amount of the second deterioration component from the upper limit value that allows the resistance increase of the secondary battery, the allowable amount allowing the resistance increase of the first deterioration component can be calculated. Since the resistance increase of the first deterioration component changes within the allowable range, the predetermined time described above may be set based on the allowable amount. For this reason, if the allowable amount decreases, the predetermined time can be shortened.

第1劣化成分が解消されているとき、二次電池の劣化状態には、第2劣化成分だけが含まれることになる。したがって、二次電池の抵抗を算出すれば、第2劣化成分の抵抗上昇量を特定することができる。ここで、二次電池が劣化していないとき、二次電池には、初期抵抗が存在する。このため、現在の二次電池の抵抗から初期抵抗を減算すれば、第2劣化成分の抵抗上昇量が得られる。   When the first deterioration component is eliminated, only the second deterioration component is included in the deterioration state of the secondary battery. Therefore, if the resistance of the secondary battery is calculated, the resistance increase amount of the second deterioration component can be specified. Here, when the secondary battery is not deteriorated, the secondary battery has an initial resistance. For this reason, if the initial resistance is subtracted from the resistance of the current secondary battery, the resistance increase amount of the second deterioration component can be obtained.

第1劣化成分が解消されているときに、二次電池の抵抗変化率を算出すれば、この抵抗変化率は、第2劣化成分だけを反映した値となる。ここで、抵抗変化率は、二次電池の初期抵抗に対する、現在の二次電池の抵抗の比を表し、初期抵抗は、二次電池が劣化していないときの抵抗である。抵抗変化率は、二次電池の劣化が進行するほど、抵抗変化率は上昇する。第1劣化成分が解消されているときの抵抗変化率が上昇するほど、第2劣化成分の抵抗上昇量が増加することになるため、抵抗変化率が上昇するほど、上述した所定時間を短くでき、第1劣化成分が解消されていると判別できる機会を増やすことができる。   If the resistance change rate of the secondary battery is calculated when the first deterioration component is eliminated, the resistance change rate is a value reflecting only the second deterioration component. Here, the resistance change rate represents the ratio of the resistance of the current secondary battery to the initial resistance of the secondary battery, and the initial resistance is the resistance when the secondary battery is not deteriorated. The resistance change rate increases as the deterioration of the secondary battery progresses. As the resistance change rate when the first deterioration component is eliminated increases, the resistance increase amount of the second deterioration component increases. Therefore, the predetermined time can be shortened as the resistance change rate increases. The opportunity for determining that the first deterioration component has been eliminated can be increased.

上述した所定時間を設定するときに、二次電池の正極および負極の少なくとも一方における容量維持率を考慮することができる。容量維持率は、初期容量に対する、第2劣化成分が発生しているときの容量の比を表す。初期容量とは、二次電池が劣化していないときの単極の容量である。容量維持率は、第2劣化成分だけに依存するため、第1劣化成分が解消されていないときでも、容量維持率を算出することにより、第2劣化成分の抵抗上昇量を把握することができる。容量維持率が低下するほど、第2劣化成分の抵抗上昇量が増加することになるため、容量維持率が低下するほど、上述した所定時間を短くでき、第1劣化成分が解消されていると判別できる機会を増やすことができる。   When setting the predetermined time described above, it is possible to consider the capacity retention rate in at least one of the positive electrode and the negative electrode of the secondary battery. The capacity maintenance ratio represents the ratio of the capacity when the second deterioration component is generated to the initial capacity. The initial capacity is a unipolar capacity when the secondary battery is not deteriorated. Since the capacity maintenance ratio depends only on the second deterioration component, even when the first deterioration component is not eliminated, the amount of increase in resistance of the second deterioration component can be grasped by calculating the capacity maintenance ratio. . As the capacity maintenance ratio decreases, the amount of increase in resistance of the second deterioration component increases. Therefore, as the capacity maintenance ratio decreases, the predetermined time described above can be shortened, and the first deterioration component is eliminated. Opportunities that can be identified can be increased.

本願第2の発明は、充放電を行う二次電池の劣化状態を判別する判別方法であって、二次電池の充放電を行っていない時間が所定時間以上であるとき、二次電池の内部における塩濃度の偏りによって発生する第1劣化成分が解消されていると判別する。ここで、二次電池の摩耗によって発生する第2劣化成分の抵抗上昇量を算出し、この抵抗上昇量が増加することに応じて、所定時間を短くする。本願第2の発明においても、本願第1の発明と同様の効果を得ることができる。   A second invention of the present application is a determination method for determining a deterioration state of a secondary battery that performs charge and discharge, and when the time during which the secondary battery is not charged and discharged is a predetermined time or more, It is determined that the first deterioration component generated due to the uneven concentration of salt is eliminated. Here, the amount of increase in the resistance of the second deterioration component generated by the wear of the secondary battery is calculated, and the predetermined time is shortened according to the increase in the amount of increase in resistance. Also in the second invention of the present application, the same effect as that of the first invention of the present application can be obtained.

ハイレート劣化の解消する時間を説明する図である。It is a figure explaining the time which high rate degradation is canceled. ハイレート劣化許容量および放置時間の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between high rate deterioration allowance and leaving time. 電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a battery system. ハイレート劣化の解消時間を算出する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which calculates the elimination time of high rate degradation. ハイレート劣化の解消を判別する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which discriminate | determines cancellation | release of high-rate degradation. 二次電池の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a secondary battery. 二次電池における電解液の塩濃度分布を説明する図である。It is a figure explaining the salt concentration distribution of the electrolyte solution in a secondary battery. 電解液の塩濃度と反応抵抗との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the salt concentration of electrolyte solution, and reaction resistance. 電極内における電解液の塩濃度の低下を説明する図である。It is a figure explaining the fall of the salt concentration of the electrolyte solution in an electrode. 電極内における電解液の塩濃度の低下を説明する図である。It is a figure explaining the fall of the salt concentration of the electrolyte solution in an electrode. 電池モデル式で用いられる変数等の一覧を示す図である。It is a figure which shows the list of variables etc. which are used with a battery model type | formula. 電池モデルを説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining a battery model. 極座標で示された活物質モデルを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the active material model shown by the polar coordinate. 二次電池の端子電圧と各種平均電位との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the terminal voltage of a secondary battery, and various average electric potential. 拡散係数の温度依存性を説明する図である。It is a figure explaining the temperature dependence of a diffusion coefficient. 開放電圧(正極)および局所SOCの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an open circuit voltage (positive electrode) and local SOC. 開放電圧(負極)および局所SOCの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an open circuit voltage (negative electrode) and local SOC. コントローラの内部構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the internal structure of a controller. 電極間における電解液の塩濃度と、電流推定誤差との間の相関図である。It is a correlation diagram between the salt concentration of the electrolyte solution between electrodes, and an electric current estimation error. 電池状態推定部の処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the process of a battery state estimation part. ハイレート劣化が解消されているときの抵抗変化率を特定する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which specifies resistance change rate when the high-rate degradation is eliminated. 単極容量の減少に伴う単極の開放電位の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the open circuit potential of a single pole accompanying the reduction | decrease of a single pole capacity. 正極および負極の間における組成対応のずれを説明する図である。It is a figure explaining the shift | offset | difference of composition correspondence between a positive electrode and a negative electrode. 劣化による組成対応のずれを説明する図である。It is a figure explaining the shift | offset | difference of composition correspondence by deterioration. 正極活物質の内部の平均充電率および負極活物質の内部の平均充電率の間に成り立つ関係式を説明する図である。It is a figure explaining the relational expression formed between the average charging rate inside a positive electrode active material, and the average charging rate inside a negative electrode active material. 劣化パラメータの探索処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the search process of a degradation parameter.

以下、本発明の実施例について説明する。   Examples of the present invention will be described below.

二次電池は、様々な要因によって劣化することがあり、二次電池の劣化には、摩耗劣化(本発明の第2劣化成分に相当する)およびハイレート劣化(本発明の第1劣化成分に相当する)が含まれる。二次電池としては、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池がある。摩耗劣化とは、二次電池を構成する材料が時間の経過とともに摩耗することによって、二次電池の抵抗(内部抵抗)を上昇させる劣化である。ハイレート劣化とは、二次電池の内部における塩濃度の偏りによって、二次電池の抵抗(内部抵抗)を上昇させる劣化である。塩濃度の偏りは、例えば、所定値以上のレートにおいて、二次電池を充電又は放電したときに発生しやすい。   The secondary battery may be deteriorated due to various factors. The deterioration of the secondary battery includes wear deterioration (corresponding to the second deterioration component of the present invention) and high rate deterioration (corresponding to the first deterioration component of the present invention). Included). Examples of the secondary battery include a nickel metal hydride battery and a lithium ion battery. Abrasion degradation is degradation that increases the resistance (internal resistance) of the secondary battery as the material constituting the secondary battery wears over time. High-rate deterioration is deterioration in which the resistance (internal resistance) of the secondary battery is increased due to an uneven salt concentration inside the secondary battery. An uneven salt concentration is likely to occur when, for example, a secondary battery is charged or discharged at a rate equal to or higher than a predetermined value.

摩耗劣化やハイレート劣化は、二次電池の抵抗の上昇量として表すことができる。ここで、摩耗劣化に伴う抵抗上昇量を摩耗劣化量といい、ハイレート劣化に伴う抵抗上昇量をハイレート抵抗上昇量という。摩耗劣化量は、時間が経過するにつれて上昇する。   Wear deterioration and high-rate deterioration can be expressed as an increase in resistance of the secondary battery. Here, the amount of increase in resistance associated with wear deterioration is referred to as wear deterioration amount, and the amount of increase in resistance associated with high rate deterioration is referred to as high rate resistance increase amount. The amount of wear deterioration increases with time.

ハイレート劣化は、塩濃度の偏りによって発生するため、塩濃度の偏りが緩和されれば、ハイレート劣化を解消させることができる。ここで、二次電池を充放電せずに、放置すれば、反応物質(例えば、リチウムイオン二次電池では、リチウムイオン)を拡散させて、塩濃度の偏りを緩和させることができる。本願明細書において、二次電池の放置とは、二次電池の充放電を行わない状態をいう。   Since the high rate deterioration occurs due to the salt concentration unevenness, the high rate deterioration can be eliminated if the salt concentration unevenness is alleviated. Here, if the secondary battery is left without being charged / discharged, the reactant (for example, lithium ion in the case of a lithium ion secondary battery) can be diffused to alleviate the uneven concentration of the salt. In the present specification, leaving the secondary battery refers to a state in which the secondary battery is not charged or discharged.

ハイレート劣化が解消された状態において、二次電池の抵抗を算出すれば、摩耗劣化量を取得(学習)することができる。具体的には、二次電池の電流および電圧から、二次電池の抵抗を算出することができる。二次電池の抵抗は、二次電池の初期抵抗に抵抗上昇量(摩耗劣化量やハイレート抵抗上昇量)を加算した値であるため、ハイレート劣化が解消された二次電池の抵抗(ハイレート抵抗上昇量を含まない)から初期抵抗を減算することにより、摩耗劣化量を算出することができる。   If the resistance of the secondary battery is calculated in a state where the high-rate deterioration is eliminated, the wear deterioration amount can be acquired (learned). Specifically, the resistance of the secondary battery can be calculated from the current and voltage of the secondary battery. The resistance of the secondary battery is a value obtained by adding the amount of increase in resistance (amount of wear deterioration or amount of increase in high-rate resistance) to the initial resistance of the secondary battery. The amount of wear deterioration can be calculated by subtracting the initial resistance from the amount.

初期抵抗とは、ハイレート劣化および摩耗劣化が発生していないときの二次電池の抵抗である。初期抵抗としては、二次電池を製造した直後における抵抗を用いることができ、初期抵抗は予め求めておくことができる。摩耗劣化量を学習しておけば、二次電池の抵抗を算出するたびに、ハイレート抵抗上昇量を算出することができる。二次電池の抵抗上昇量は、摩耗劣化量およびハイレート抵抗上昇量の総和になるため、二次電池の抵抗上昇量および摩耗劣化量を算出しておけば、ハイレート抵抗上昇量を算出することができる。二次電池の抵抗上昇量は、二次電池の現在の抵抗から初期抵抗を減算することによって得られる。   The initial resistance is the resistance of the secondary battery when no high-rate deterioration or wear deterioration occurs. As the initial resistance, the resistance immediately after manufacturing the secondary battery can be used, and the initial resistance can be obtained in advance. If the wear deterioration amount is learned, the high rate resistance increase amount can be calculated every time the resistance of the secondary battery is calculated. Since the amount of increase in resistance of the secondary battery is the sum of the amount of wear deterioration and the amount of increase in high-rate resistance, if the amount of increase in resistance and wear deterioration of the secondary battery is calculated, the amount of increase in high-rate resistance can be calculated. it can. The amount of increase in resistance of the secondary battery is obtained by subtracting the initial resistance from the current resistance of the secondary battery.

摩耗劣化量を学習するときには、ハイレート劣化が解消されていることを確認した後に、二次電池の抵抗上昇量を算出すればよい。ハイレート劣化が解消されているか否かは、二次電池を放置している時間に基づいて判別することができる。具体的には、まず、ハイレート抵抗上昇量が解消したとみなせるまでの時間(解消時間という)を、実験などによって予め求めておく。そして、二次電池を放置し始めてからの時間を計測し、計測時間(放置時間)が解消時間を超えているときには、ハイレート劣化が解消されていると判別することができる。   When learning the amount of wear deterioration, it is only necessary to calculate the amount of increase in resistance of the secondary battery after confirming that high-rate deterioration has been eliminated. Whether or not the high rate deterioration has been eliminated can be determined based on the time during which the secondary battery is left unattended. Specifically, first, a time until the high rate resistance increase amount can be regarded as eliminated (referred to as elimination time) is obtained in advance by an experiment or the like. Then, the time from when the secondary battery starts to be left is measured, and when the measurement time (leaving time) exceeds the elimination time, it can be determined that the high rate deterioration has been eliminated.

解消時間は、ハイレート抵抗上昇量を許容する量(ハイレート劣化許容量という)に基づいて特定することができる。この点について、図1を用いて説明する。図1において、縦軸は電池抵抗を示し、横軸は時間を示す。図1は、二次電池の充放電を行った後に、二次電池を放置した状態を示している。   The elimination time can be specified based on an amount that allows an increase in the high-rate resistance (referred to as a high-rate degradation allowable amount). This point will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the vertical axis indicates battery resistance, and the horizontal axis indicates time. FIG. 1 shows a state in which the secondary battery is left after charging and discharging of the secondary battery.

電池劣化許容量ΔRlimは、二次電池の抵抗上昇を許容できる上限値であり、二次電池の入出力性能や、目標とする二次電池の使用期間などを考慮して、予め設定される。電池劣化許容量ΔRlimは、時間に応じて変更することができる。図1は、特定の時間における電池劣化許容量ΔRlimを示している。   The battery deterioration allowable amount ΔRlim is an upper limit value that can allow the secondary battery to increase in resistance, and is set in advance in consideration of the input / output performance of the secondary battery, the target usage period of the secondary battery, and the like. The battery deterioration allowable amount ΔRlim can be changed according to time. FIG. 1 shows the allowable battery deterioration amount ΔRlim at a specific time.

ここで、二次電池の抵抗上昇量が電池劣化許容量ΔRlimに到達したときには、二次電池の入出力(充放電)を制限することにより、二次電池の抵抗上昇量が電池劣化許容量ΔRlimを超えないようにすることができる。このように二次電池の充放電を制御することにより、二次電池の抵抗上昇量を電池劣化許容量ΔRlimの範囲内で変化させることができる。   Here, when the amount of increase in the resistance of the secondary battery reaches the battery deterioration allowable amount ΔRlim, by restricting the input / output (charge / discharge) of the secondary battery, the amount of increase in the resistance of the secondary battery becomes the battery deterioration allowable amount ΔRlim. Can not be exceeded. By controlling charging / discharging of the secondary battery in this way, the amount of increase in resistance of the secondary battery can be changed within the range of the allowable battery deterioration amount ΔRlim.

ここで、摩耗劣化が進行するときには、摩耗劣化量は増加するだけである。一方、ハイレート劣化は、塩濃度の偏りに依存するため、二次電池の入出力を制限することにより、ハイレート抵抗上昇量を低下させることができる。このため、二次電池の充放電を制御することにより、二次電池の抵抗上昇量を電池劣化許容量ΔRlimの範囲内で変化させることができる。   Here, when wear deterioration progresses, the wear deterioration amount only increases. On the other hand, since the high rate deterioration depends on the bias of the salt concentration, the amount of increase in the high rate resistance can be reduced by limiting the input / output of the secondary battery. For this reason, by controlling charging / discharging of the secondary battery, the resistance increase amount of the secondary battery can be changed within the range of the allowable battery deterioration amount ΔRlim.

二次電池に摩耗劣化が発生していないときには、電池劣化許容量ΔRlimをハイレート劣化許容量として用いることができる。このときのハイレート劣化許容量をΔRhlim(ini)とする。   When the secondary battery has no wear deterioration, the battery deterioration allowable amount ΔRlim can be used as the high rate deterioration allowable amount. The allowable high rate deterioration amount at this time is ΔRhlim (ini).

実際の二次電池におけるハイレート抵抗上昇量は、正確に把握することができないため、解消時間としては、ハイレート抵抗上昇量が電池劣化許容量ΔRlimから0に変化するまでの時間τlim(ini)とすることができる。このように解消時間τlim(ini)を設定しておけば、実際のハイレート抵抗上昇量が電池劣化許容量ΔRlimの範囲内で抑制されている限り、二次電池の放置時間が解消時間τlim(ini)を超えていることを確認することで、ハイレート抵抗上昇量が解消されていること、言い換えれば、ハイレート劣化が解消されていることを確認することができる。   Since the actual increase amount of the high-rate resistance in the secondary battery cannot be accurately grasped, the elimination time is the time τlim (ini) until the high-rate resistance increase amount changes from the battery deterioration allowable amount ΔRlim to 0. be able to. If the elimination time τlim (ini) is set in this way, as long as the actual high-rate resistance increase amount is suppressed within the range of the battery deterioration tolerance ΔRlim, the secondary battery leaving time τlim (ini) It is possible to confirm that the high rate resistance increase amount has been eliminated, in other words, that the high rate deterioration has been eliminated.

摩耗劣化が発生していないときには、ハイレート劣化許容量を電池劣化許容量ΔRlimと考えればよいが、摩耗劣化が発生しているときには、ハイレート劣化許容量ΔRhlim(t0)は、電池劣化許容量ΔRlimよりも小さくなる。上述したように、電池劣化許容量ΔRlimは上限値に設定されるため、摩耗劣化量が0よりも大きいときには、摩耗劣化量ΔRa(t0)の分だけ、ハイレート劣化許容量ΔRhlim(t0)は制限される。すなわち、電池劣化許容量ΔRlimから摩耗劣化量ΔRa(t0)を減算した値が、ハイレート劣化許容量ΔRhlim(t0)となる。   When the wear deterioration does not occur, the high rate deterioration allowable amount may be considered as the battery deterioration allowable amount ΔRlim. However, when the wear deterioration occurs, the high rate deterioration allowable amount ΔRhlim (t0) is greater than the battery deterioration allowable amount ΔRlim. Becomes smaller. As described above, since the battery deterioration allowable amount ΔRlim is set to the upper limit value, when the wear deterioration amount is larger than 0, the high rate deterioration allowable amount ΔRhlim (t0) is limited by the wear deterioration amount ΔRa (t0). Is done. That is, the value obtained by subtracting the wear deterioration amount ΔRa (t0) from the battery deterioration allowance amount ΔRlim becomes the high rate deterioration allowance amount ΔRhlim (t0).

図1において、摩耗劣化量がΔRa(t0)であるとき、ハイレート劣化許容量ΔRhlim(t0)は、電池劣化許容量ΔRlimから摩耗劣化量ΔRa(t0)を減算した値となる。t0は、摩耗劣化量が学習された直近のタイミングであり、摩耗劣化量ΔRa(t0)は、予め学習されているものとする。   In FIG. 1, when the wear deterioration amount is ΔRa (t0), the high-rate deterioration allowance amount ΔRhlim (t0) is a value obtained by subtracting the wear deterioration amount ΔRa (t0) from the battery deterioration allowance amount ΔRlim. It is assumed that t0 is the latest timing when the wear deterioration amount is learned, and the wear deterioration amount ΔRa (t0) is learned in advance.

ハイレート劣化許容量がΔRhlim(t0)であるときには、解消時間τlim(ini)以上、二次電池を放置させなくても、ハイレート劣化を解消させることができる。すなわち、ハイレート抵抗上昇量が電池劣化許容量ΔRlimから摩耗劣化量ΔRa(t0)まで低下していれば、ハイレート劣化が解消されることになる。   When the allowable high-rate deterioration amount is ΔRhlim (t0), the high-rate deterioration can be eliminated without leaving the secondary battery for the elimination time τlim (ini) or longer. That is, if the increase rate of the high-rate resistance is reduced from the battery deterioration allowable amount ΔRlim to the wear deterioration amount ΔRa (t0), the high-rate deterioration is eliminated.

二次電池の抵抗上昇量(摩耗劣化量およびハイレート抵抗上昇量の総和)は、電池劣化許容量ΔRlimの範囲内に制限されるため、摩耗劣化量ΔRa(t0)が発生しているときには、ハイレート抵抗上昇量は、ハイレート劣化許容量ΔRhlim(t0)の範囲内で変化することになる。したがって、ハイレート抵抗上昇量が電池劣化許容量ΔRlimから摩耗劣化量ΔRa(t0)まで低下していれば、ハイレート劣化が解消されていると判別することができる。ハイレート抵抗上昇量が電池劣化許容量ΔRlimから摩耗劣化量ΔRa(t0)に低下するまでの時間は、τlim(t0)となる。解消時間τlim(t0)は、解消時間τlim(ini)よりも短い時間である。   Since the secondary battery resistance increase amount (the sum of the wear deterioration amount and the high rate resistance increase amount) is limited within the range of the battery deterioration allowable amount ΔRlim, when the wear deterioration amount ΔRa (t0) occurs, the high rate is increased. The amount of increase in resistance changes within the range of the high rate deterioration allowable amount ΔRhlim (t0). Therefore, if the high-rate resistance increase amount decreases from the battery deterioration allowable amount ΔRlim to the wear deterioration amount ΔRa (t0), it can be determined that the high-rate deterioration has been eliminated. The time until the high rate resistance increase amount decreases from the battery deterioration allowable amount ΔRlim to the wear deterioration amount ΔRa (t0) is τlim (t0). The elimination time τlim (t0) is shorter than the elimination time τlim (ini).

そこで、本実施例では、摩耗劣化量ΔRa(t0)に基づいて、解消時間を変更するようにしている。解消時間をτlim(ini)に固定すれば、放置時間が解消時間τlim(ini)を超えていることを確認することにより、ハイレート劣化が解消されていることを確認できる。しかし、言い換えれば、解消時間τlim(ini)が経過するのを待たなければ、ハイレート劣化が解消されたと判別することができない。   Therefore, in this embodiment, the elimination time is changed based on the wear deterioration amount ΔRa (t0). If the elimination time is fixed at τlim (ini), it can be confirmed that the high-rate deterioration has been eliminated by confirming that the leaving time exceeds the elimination time τlim (ini). However, in other words, it cannot be determined that the high-rate deterioration has been eliminated unless the elimination time τlim (ini) has elapsed.

例えば、図1に示す時刻t11から時刻t12の間で、二次電池の充放電が開始された場合において、解消時間としてτlim(ini)が設定されているときには、ハイレート劣化が解消されていないと判別されてしまう。ハイレート劣化が解消されていないと判別されれば、摩耗劣化量を学習することもできなくなってしまう。特に、二次電池の充放電が頻繁に再開され、二次電池を放置する時間を確保し難い状況では、摩耗劣化量を学習し難くなってしまう。   For example, when charging / discharging of the secondary battery is started between time t11 and time t12 shown in FIG. 1, if τlim (ini) is set as the elimination time, the high rate deterioration is not eliminated. It will be discriminated. If it is determined that the high-rate deterioration has not been eliminated, the wear deterioration amount cannot be learned. In particular, in a situation where charging / discharging of the secondary battery is frequently resumed and it is difficult to secure a time for leaving the secondary battery, it becomes difficult to learn the wear deterioration amount.

一方、解消時間をτlim(t0)に設定したときには、時刻t11から時刻t12の間で、二次電池の充放電が開始されても、ハイレート劣化が解消されていると判別することができる。すなわち、時刻t11以降では、放置時間が解消時間τlim(t0)を既に超えているため、ハイレート劣化が解消されていると判別される。ハイレート劣化が解消されていることを判別できれば、摩耗劣化量を学習することができる。このように、摩耗劣化量が発生しているときには、解消時間τlim(ini)以上、二次電池を放置させる必要はなく、摩耗劣化量ΔRa(t0)に対応した解消時間τlim(t0)以上、二次電池を放置させるだけでよい。   On the other hand, when the elimination time is set to τlim (t0), it can be determined that the high-rate deterioration has been eliminated even when charging / discharging of the secondary battery is started between time t11 and time t12. That is, after the time t11, since the leaving time has already exceeded the elimination time τlim (t0), it is determined that the high rate deterioration has been eliminated. If it can be determined that high-rate deterioration has been eliminated, the amount of wear deterioration can be learned. Thus, when the wear deterioration amount is generated, it is not necessary to leave the secondary battery for the elimination time τlim (ini) or more, and the elimination time τlim (t0) or more corresponding to the wear degradation amount ΔRa (t0), It is only necessary to leave the secondary battery.

摩耗劣化量ΔRaが上昇すれば、ハイレート劣化許容量ΔRhlimは低下することになる。したがって、ハイレート劣化許容量ΔRhlimが低下するほど、解消時間τlimを短くすることができる。図2には、ハイレート劣化許容量ΔRhlimおよび放置時間の関係を示す。   If the wear deterioration amount ΔRa increases, the high rate deterioration allowable amount ΔRhlim decreases. Therefore, the elimination time τlim can be shortened as the allowable high-rate deterioration amount ΔRhlim decreases. FIG. 2 shows the relationship between the high rate deterioration allowable amount ΔRhlim and the standing time.

ハイレート劣化許容量ΔRhlimがΔRhlim(ini)であるとき、ハイレート劣化を解消させるまでの時間はτlim(ini)となる。そして、ハイレート劣化許容量ΔRhlimが低下するほど、ハイレート劣化を解消させるまでの時間は短くなる。ハイレート劣化許容量ΔRhlimがΔRhlim(t0)であるとき、ハイレート劣化を解消させるまでの時間は、τlim(ini)よりも短いτlim(t0)となる。   When the high-rate degradation allowable amount ΔRhlim is ΔRhlim (ini), the time until the high-rate degradation is eliminated is τlim (ini). As the high rate deterioration allowable amount ΔRhlim decreases, the time until the high rate deterioration is eliminated becomes shorter. When the allowable high-rate deterioration amount ΔRhlim is ΔRhlim (t0), the time until the high-rate deterioration is eliminated is τlim (t0) shorter than τlim (ini).

予め実験などを行っておけば、図2に示すように、ハイレート劣化許容量ΔRhlimおよび解消時間τlimの対応関係(一例)を取得することができる。ハイレート劣化許容量ΔRhlimは、摩耗劣化量ΔRaに依存するため、摩耗劣化量ΔRaを学習すれば、図2に示すマップを用いて、解消時間τlimを特定することができる。図2に示すマップによれば、ハイレート劣化許容量ΔRhlimが低下するほど、言い換えれば、摩耗劣化量ΔRaが上昇するほど、解消時間τlimは短くなる。   If an experiment or the like is performed in advance, as shown in FIG. 2, a correspondence relationship (one example) between the high rate deterioration allowable amount ΔRhlim and the elimination time τlim can be acquired. Since the high-rate deterioration allowable amount ΔRhlim depends on the wear deterioration amount ΔRa, if the wear deterioration amount ΔRa is learned, the elimination time τlim can be specified using the map shown in FIG. According to the map shown in FIG. 2, the elimination time τlim becomes shorter as the high-rate degradation allowable amount ΔRhlim decreases, in other words, as the wear degradation amount ΔRa increases.

ここで、二次電池の抵抗は、二次電池の温度やSOC(State of Charge)に依存するため、二次電池の抵抗から算出されるハイレート劣化許容量ΔRhlimも、二次電池の温度やSOCに依存する。SOCは、二次電池の満充電容量に対する、現在の充電容量の割合である。温度やSOCの依存性を考慮するためには、図2に示すマップを、二次電池の温度毎や、二次電池のSOC毎に設けておくことが好ましい。   Here, since the resistance of the secondary battery depends on the temperature of the secondary battery and the state of charge (SOC), the high-rate degradation allowable amount ΔRhlim calculated from the resistance of the secondary battery is also equal to the temperature of the secondary battery and the SOC. Depends on. The SOC is a ratio of the current charge capacity to the full charge capacity of the secondary battery. In order to consider the dependency of temperature and SOC, it is preferable to provide the map shown in FIG. 2 for each temperature of the secondary battery and each SOC of the secondary battery.

上述したように、摩耗劣化量ΔRaの上昇に応じて、解消時間τlimを短くすることにより、ハイレート劣化が解消されていると判別される機会を増やすことができる。ハイレート劣化が解消されていると判別される機会を増やせば、摩耗劣化量ΔRaを学習する機会を増やすことができる。   As described above, by reducing the elimination time τlim in accordance with the increase in the wear degradation amount ΔRa, it is possible to increase the chance of determining that the high-rate degradation has been eliminated. If the chance of determining that the high-rate deterioration has been eliminated is increased, the chance of learning the wear deterioration amount ΔRa can be increased.

現在のハイレート抵抗上昇量を把握するためには、最新の摩耗劣化量ΔRaを把握しておくことが好ましい。摩耗劣化量ΔRaは、時間の経過とともに上昇するため、過去の摩耗劣化量ΔRaに基づいて、ハイレート劣化許容量を算出すると、過去の摩耗劣化量ΔRaが小さいことで、ハイレート劣化許容量が大きくなり、本来のハイレート劣化許容量(最新の摩耗劣化量ΔRaに対応したハイレート劣化許容量)よりも、二次電池を使いすぎてしまう。   In order to grasp the current high rate resistance increase amount, it is preferable to grasp the latest wear deterioration amount ΔRa. Since the wear deterioration amount ΔRa increases with the passage of time, if the high rate deterioration allowance is calculated based on the past wear deterioration amount ΔRa, the past wear deterioration amount ΔRa is small, and thus the high rate deterioration allowance amount increases. Further, the secondary battery is used more than the original high rate deterioration allowable amount (high rate deterioration allowable amount corresponding to the latest wear deterioration amount ΔRa).

本実施例のように、摩耗劣化量ΔRaを学習する頻度を増やすことができれば、最新の摩耗劣化量ΔRaを取得しやすくなり、ハイレート劣化許容量の算出精度を向上させることができる。   If the frequency of learning the wear deterioration amount ΔRa can be increased as in the present embodiment, the latest wear deterioration amount ΔRa can be easily obtained, and the calculation accuracy of the high-rate deterioration allowance amount can be improved.

以下に、ハイレート劣化が解消されているか否かを判別する処理について説明する。まず、この判別処理を行う電池システムの構成について、図3を用いて説明する。本実施例の電池システムでは、二次電池を車両に搭載しているが、これに限るものではない。すなわち、二次電池を使用する機器においては、本発明を適用することができる。   Hereinafter, a process for determining whether or not the high rate deterioration has been eliminated will be described. First, the configuration of the battery system that performs this determination processing will be described with reference to FIG. In the battery system of the present embodiment, the secondary battery is mounted on the vehicle, but the present invention is not limited to this. That is, the present invention can be applied to a device using a secondary battery.

本実施例の電池システムが搭載される車両としては、HV(Hybrid Vehicle)、PHV(Plug-in Hybrid Vehicle)およびEV(Electric Vehicle)がある。HVは、車両を走行させるための動力源として、後述する電池パックに加えて、内燃機関や燃料電池といった他の動力源を備えている。PHVは、HVにおいて、外部電源からの電力を用いて電池パックを充電できる車両である。EVは、車両の動力源として、電池パックだけを備えている。   Vehicles on which the battery system of this embodiment is mounted include HV (Hybrid Vehicle), PHV (Plug-in Hybrid Vehicle), and EV (Electric Vehicle). The HV includes other power sources such as an internal combustion engine and a fuel cell in addition to a battery pack described later as a power source for running the vehicle. The PHV is a vehicle that can charge a battery pack using electric power from an external power source in HV. The EV includes only a battery pack as a power source for the vehicle.

電池パック100は、電気的に直列に接続された複数の二次電池10を有する。電池パック100を構成する二次電池10の数は、要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。監視ユニット21は、電池パック100の端子間電圧を検出したり、二次電池10の端子間電圧Vbを検出したりして、検出結果をコントローラ30に出力する。電池パック100には、電気的に並列に接続された複数の二次電池10を含めてもよい。   The battery pack 100 includes a plurality of secondary batteries 10 that are electrically connected in series. The number of secondary batteries 10 constituting the battery pack 100 can be appropriately set based on the required output. The monitoring unit 21 detects the voltage between the terminals of the battery pack 100 or detects the voltage Vb between the terminals of the secondary battery 10, and outputs the detection result to the controller 30. The battery pack 100 may include a plurality of secondary batteries 10 electrically connected in parallel.

電流センサ22は、電池パック100に流れる充放電電流Ibを検出し、検出結果をコントローラ30に出力する。ここで、放電電流Ibを正の値とし、充電電流Ibを負の値とする。温度センサ23は、電池パック100の温度Tbを検出し、検出結果をコントローラ30に出力する。   The current sensor 22 detects the charge / discharge current Ib flowing through the battery pack 100 and outputs the detection result to the controller 30. Here, the discharge current Ib is a positive value, and the charging current Ib is a negative value. The temperature sensor 23 detects the temperature Tb of the battery pack 100 and outputs the detection result to the controller 30.

コントローラ30は、メモリ30aを有しており、メモリ30aは、コントローラ30が所定処理(例えば、本実施例で説明する処理)を行うための各種の情報を記憶している。本実施例では、メモリ30aが、コントローラ30に内蔵されているが、コントローラ30の外部にメモリ30aを設けることもできる。コントローラ30には、車両のイグニッションスイッチに関する情報(オン/オフの情報)が入力される。   The controller 30 includes a memory 30a, and the memory 30a stores various information for the controller 30 to perform predetermined processing (for example, processing described in the present embodiment). In the present embodiment, the memory 30 a is built in the controller 30, but the memory 30 a may be provided outside the controller 30. Information relating to the ignition switch of the vehicle (on / off information) is input to the controller 30.

電池パック100の正極端子には、システムメインリレーSMR−Bが接続されている。システムメインリレーSMR−Bは、コントローラ30からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。電池パック100の負極端子には、システムメインリレーSMR−Gが接続されている。システムメインリレーSMR−Gは、コントローラ30からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。   System main relay SMR-B is connected to the positive terminal of battery pack 100. System main relay SMR-B is switched between on and off by receiving a control signal from controller 30. System main relay SMR-G is connected to the negative terminal of battery pack 100. System main relay SMR-G is switched between on and off by receiving a control signal from controller 30.

システムメインリレーSMR−Gには、システムメインリレーSMR−Pおよび制限抵抗24が並列に接続されている。システムメインリレーSMR−Pは、コントローラ30からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。制限抵抗24は、電池パック100を負荷(具体的には、インバータ31)と接続するときに、突入電流が流れるのを抑制するために用いられる。   A system main relay SMR-P and a limiting resistor 24 are connected in parallel to the system main relay SMR-G. System main relay SMR-P is switched between on and off by receiving a control signal from controller 30. The limiting resistor 24 is used to suppress the inrush current from flowing when the battery pack 100 is connected to a load (specifically, the inverter 31).

電池パック100をインバータ31と接続するとき、コントローラ30は、まず、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えるとともに、システムメインリレーSMR−Pをオフからオンに切り替える。これにより、制限抵抗24に電流が流れることになる。   When battery pack 100 is connected to inverter 31, controller 30 first switches system main relay SMR-B from off to on and system main relay SMR-P from off to on. As a result, a current flows through the limiting resistor 24.

次に、コントローラ30は、システムメインリレーSMR−Gをオフからオンに切り替えた後に、システムメインリレーSMR−Pをオンからオフに切り替える。これにより、電池パック100およびインバータ31の接続が完了し、電池システムは起動状態(Ready-ON)となる。コントローラ30は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わることに応じて、電池システムを起動状態にする。   Next, the controller 30 switches the system main relay SMR-P from on to off after switching the system main relay SMR-G from off to on. As a result, the connection between the battery pack 100 and the inverter 31 is completed, and the battery system is activated (Ready-ON). The controller 30 activates the battery system in response to the ignition switch switching from off to on.

一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、コントローラ30は、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gをオンからオフに切り替える。これにより、電池パック100およびインバータ31の接続が遮断され、電池システムは、停止状態(Ready-OFF)となる。   On the other hand, when the ignition switch is switched from on to off, the controller 30 switches the system main relays SMR-B and SMR-G from on to off. As a result, the connection between the battery pack 100 and the inverter 31 is cut off, and the battery system enters a stopped state (Ready-OFF).

インバータ31は、電池パック100からの直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ32に出力する。モータ・ジェネレータ32としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。モータ・ジェネレータ32は、インバータ31からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ32によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達される。   The inverter 31 converts DC power from the battery pack 100 into AC power and outputs the AC power to the motor / generator 32. As the motor generator 32, for example, a three-phase AC motor can be used. The motor / generator 32 receives AC power from the inverter 31 and generates kinetic energy for driving the vehicle. The kinetic energy generated by the motor generator 32 is transmitted to the wheels.

車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ32は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ(交流電力)に変換する。インバータ31は、モータ・ジェネレータ32が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を電池パック100に出力する。これにより、電池パック100は、回生電力を蓄えることができる。   When the vehicle is decelerated or stopped, the motor / generator 32 converts kinetic energy generated during braking of the vehicle into electric energy (AC power). The inverter 31 converts the AC power generated by the motor / generator 32 into DC power and outputs the DC power to the battery pack 100. Thereby, the battery pack 100 can store regenerative electric power.

本実施例では、電池パック100をインバータ31に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、電池パック100を昇圧回路に接続し、昇圧回路をインバータ31に接続することができる。昇圧回路を用いることにより、電池パック100の出力電圧を昇圧することができる。また、昇圧回路は、インバータ31から電池パック100への出力電圧を降圧することができる。   In the present embodiment, the battery pack 100 is connected to the inverter 31, but the present invention is not limited to this. Specifically, the battery pack 100 can be connected to the booster circuit, and the booster circuit can be connected to the inverter 31. By using the booster circuit, the output voltage of the battery pack 100 can be boosted. Further, the booster circuit can step down the output voltage from the inverter 31 to the battery pack 100.

次に、解消時間τlimを算出する処理について、図4に示すフローチャートを用いて説明する。図4に示す処理は、コントローラ30によって実行される。   Next, processing for calculating the elimination time τlim will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The process shown in FIG. 4 is executed by the controller 30.

ステップS101において、コントローラ30は、摩耗劣化だけが発生しているときの抵抗変化率grを取得する。抵抗変化率grは、下記式(1)で示される。   In step S101, the controller 30 acquires the resistance change rate gr when only wear deterioration has occurred. The resistance change rate gr is expressed by the following formula (1).

上記式(1)において、Ranは、二次電池10の初期抵抗であり、Raは、使用後(充放電後)における二次電池10の抵抗である。初期抵抗Ranは、予め求めておくことができるため、現在の二次電池10の抵抗Raを算出すれば、抵抗変化率grを求めることができる。抵抗は、二次電池10の使用に伴う経年的な劣化に応じて変化するため、抵抗Raは、初期抵抗Ranよりも高くなる。したがって、抵抗変化率grは、1よりも大きな値となる。   In the above formula (1), Ran is the initial resistance of the secondary battery 10, and Ra is the resistance of the secondary battery 10 after use (after charge / discharge). Since the initial resistance Ran can be obtained in advance, the resistance change rate gr can be obtained by calculating the current resistance Ra of the secondary battery 10. Since the resistance changes according to the deterioration over time associated with the use of the secondary battery 10, the resistance Ra becomes higher than the initial resistance Ran. Therefore, the resistance change rate gr is a value larger than 1.

ここで、抵抗変化率grは、摩耗劣化だけが発生しているときの抵抗変化率であり、抵抗変化率grを取得する方法については、後述する。ステップS102において、コントローラ30は、ステップS101の処理で取得した抵抗変化率grに基づいて、摩耗劣化量ΔRaを算出する。摩耗劣化量ΔRaを算出する方法については、後述する。   Here, the resistance change rate gr is a resistance change rate when only wear deterioration occurs, and a method of obtaining the resistance change rate gr will be described later. In step S102, the controller 30 calculates the wear deterioration amount ΔRa based on the resistance change rate gr acquired in the process of step S101. A method for calculating the wear deterioration amount ΔRa will be described later.

ステップS103において、コントローラ30は、ステップS102の処理で算出した摩耗劣化量ΔRaに基づいて、ハイレート劣化許容量ΔRhlimを算出する。具体的には、ハイレート劣化許容量ΔRhlimは、下記式(2)に基づいて算出することができる。   In step S103, the controller 30 calculates a high rate deterioration allowable amount ΔRhlim based on the wear deterioration amount ΔRa calculated in the process of step S102. Specifically, the high rate deterioration allowable amount ΔRhlim can be calculated based on the following equation (2).

上記式(2)において、ΔRlimは、電池劣化許容量を示し、ΔRaは、摩耗劣化量を示す。上述したように、電池劣化許容量ΔRlimは、ハイレート劣化許容量ΔRhlimおよび摩耗劣化量ΔRaの総和となるため、上記式(2)を用いることにより、ハイレート劣化許容量ΔRhlimを算出することができる。   In the above equation (2), ΔRlim indicates the battery deterioration tolerance, and ΔRa indicates the wear deterioration amount. As described above, the allowable battery deterioration amount ΔRlim is the sum of the high rate deterioration allowable amount ΔRhlim and the wear deterioration amount ΔRa, and therefore the high rate deterioration allowable amount ΔRhlim can be calculated by using the above equation (2).

ステップS104において、コントローラ30は、ステップS103の処理で算出されたハイレート劣化許容量ΔRhlimに基づいて、解消時間τlimを算出する。具体的には、図2に示すマップを用いることにより、ハイレート劣化許容量ΔRhlimに応じた解消時間τlimを算出する。ここで、抵抗変化率grが大きくなるほど、摩耗劣化量ΔRaが大きくなり、解消時間τlimは短くなる。   In step S104, the controller 30 calculates the elimination time τlim based on the high rate deterioration allowance ΔRhlim calculated in the process of step S103. Specifically, by using the map shown in FIG. 2, the elimination time τlim corresponding to the high rate deterioration allowable amount ΔRhlim is calculated. Here, as the resistance change rate gr increases, the wear deterioration amount ΔRa increases and the elimination time τlim decreases.

次に、ハイレート劣化が解消されているか否かを判別する処理について、図5に示すフローチャートを用いて説明する。図5に示す処理は、コントローラ30によって所定の周期で実行される。   Next, processing for determining whether or not high-rate deterioration has been eliminated will be described using the flowchart shown in FIG. The process shown in FIG. 5 is executed by the controller 30 at a predetermined cycle.

ステップS201において、コントローラ30は、二次電池10が放置中であるか否かを判別する。二次電池10が放置中であれば、コントローラ30は、ステップS202において、時間τのカウントを行う。ここで、コントローラ30は、タイマを用いて、時間τをカウントすることができる。二次電池10が通電状態(充放電状態)から放置状態に切り替わったときに、時間τのカウントが開始され、二次電池10を放置しているときの経過時間(放置時間τ)を測定することができる。一方、二次電池10が放置中でなければ、コントローラ30は、ステップS203の処理を行う。   In step S201, the controller 30 determines whether or not the secondary battery 10 is being left. If the secondary battery 10 is left unattended, the controller 30 counts the time τ in step S202. Here, the controller 30 can count the time τ using a timer. When the secondary battery 10 is switched from the energized state (charge / discharge state) to the neglected state, the counting of the time τ is started, and the elapsed time (leaving time τ) when the secondary battery 10 is neglected is measured. be able to. On the other hand, if the secondary battery 10 is not left, the controller 30 performs the process of step S203.

ステップS203において、コントローラ30は、電池システムが起動した直後であるか否かを判別する。電池システムが起動した直後とは、電池システムを起動させたタイミング、言い換えれば、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったタイミングから所定時間が経過するまでの時間である。所定時間は、適宜設定することができる。   In step S203, the controller 30 determines whether or not it is immediately after the battery system is activated. Immediately after the battery system is activated is the time until the predetermined time elapses from the timing when the battery system is activated, in other words, from the timing when the ignition switch is switched from OFF to ON. The predetermined time can be set as appropriate.

ここで、放置時間τが解消時間を超えた後に、電池システムが起動されたとき、起動直後においては、二次電池10に摩耗劣化だけが発生しており、ハイレート劣化が発生していないことになる。一方、起動してからの時間が経過するほど、ハイレート劣化の影響が出やすくなる。このため、ハイレート劣化が解消されたことを判別したうえで、摩耗劣化量ΔRaを学習するためには、電池システムを起動した直後に行うことが好ましい。この点を考慮して、上述した所定時間を予め決めることができる。   Here, when the battery system is started after the standing time τ exceeds the elimination time, only the wear deterioration occurs in the secondary battery 10 immediately after the start, and the high rate deterioration does not occur. Become. On the other hand, the longer the time since startup, the greater the effect of high rate degradation. For this reason, in order to learn the wear deterioration amount ΔRa after determining that the high-rate deterioration has been eliminated, it is preferable to perform it immediately after starting the battery system. In consideration of this point, the predetermined time described above can be determined in advance.

電池システムが起動した直後であれば、コントローラ30は、ステップS204において、解消時間τlimを算出する。解消時間τlimは、図4に示す処理に基づいて、算出することができる。電池システムが起動した直後でなければ、コントローラ30は、図5に示す処理を終了する。   If the battery system has just started, the controller 30 calculates the elimination time τlim in step S204. The elimination time τlim can be calculated based on the processing shown in FIG. If it is not immediately after the battery system is activated, the controller 30 ends the processing shown in FIG.

ステップS205において、コントローラ30は、ステップS202の処理で得られた放置時間τが、ステップS204の処理で算出された解消時間τlim以上であるか否かを判別する。放置時間τが解消時間τlim以上であるとき、コントローラ30は、ステップS206において、ハイレート劣化が解消されていると判別する。一方、コントローラ30は、放置時間τが解消時間τlimよりも短いとき、ハイレート劣化が解消されていないと判別して、図5に示す処理を終了する。ハイレート劣化が解消されていることを判別したとき、二次電池10には摩耗劣化だけが発生していることになるため、二次電池10の抵抗を算出することにより、摩耗劣化量ΔRaを特定することができる。   In step S205, the controller 30 determines whether or not the leaving time τ obtained in the process of step S202 is equal to or longer than the elimination time τlim calculated in the process of step S204. When the leaving time τ is equal to or longer than the elimination time τlim, the controller 30 determines in step S206 that the high rate deterioration has been eliminated. On the other hand, when the leaving time τ is shorter than the elimination time τlim, the controller 30 determines that the high-rate deterioration has not been eliminated, and ends the processing shown in FIG. When it is determined that the high-rate deterioration has been eliminated, only the wear deterioration has occurred in the secondary battery 10, and therefore the wear deterioration amount ΔRa is specified by calculating the resistance of the secondary battery 10. can do.

次に、ハイレート抵抗上昇量を算出する方法について説明する。ハイレート抵抗上昇量は、以下に説明する電池モデルを用いて算出することができる。まず、電池モデルについて説明する。   Next, a method of calculating the high rate resistance increase amount will be described. The amount of increase in the high-rate resistance can be calculated using a battery model described below. First, the battery model will be described.

図6は、二次電池の構成を示す概略図である。二次電池10は、負極(電極ともいう)12と、セパレータ14と、正極(電極ともいう)15とを有する。セパレータ14は、負極12および正極15の間に位置しており、電解液を含んでいる。図6に示す座標軸xは、電極の厚み方向における位置を示す。   FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the secondary battery. The secondary battery 10 includes a negative electrode (also referred to as an electrode) 12, a separator 14, and a positive electrode (also referred to as an electrode) 15. The separator 14 is located between the negative electrode 12 and the positive electrode 15 and contains an electrolytic solution. A coordinate axis x shown in FIG. 6 indicates a position in the thickness direction of the electrode.

負極12および正極15のそれぞれは、球状の活物質18の集合体で構成されている。二次電池10を放電するとき、負極12の活物質18の界面上では、リチウムイオンLi+および電子e-を放出する化学反応が行われる。また、正極15の活物質18の界面上では、リチウムイオンLi+および電子e-を吸収する化学反応が行われる。 Each of the negative electrode 12 and the positive electrode 15 is composed of an aggregate of spherical active materials 18. When the secondary battery 10 is discharged, a chemical reaction that releases lithium ions Li + and electrons e is performed on the interface of the active material 18 of the negative electrode 12. Further, a chemical reaction that absorbs lithium ions Li + and electrons e is performed on the interface of the active material 18 of the positive electrode 15.

負極12は、銅などで構成された集電板13を有しており、集電板13は、二次電池10の負極端子11nと電気的に接続されている。正極15は、アルミニウムなどで構成された集電板16を有しており、集電板16は、二次電池10の正極端子11pと電気的に接続されている。負極12および正極15の間でのリチウムイオンLi+の授受によって、二次電池10の充放電が行われ、放電電流Ib(>0)または充電電流Ib(<0)が生じる。 The negative electrode 12 has a current collector plate 13 made of copper or the like, and the current collector plate 13 is electrically connected to the negative electrode terminal 11 n of the secondary battery 10. The positive electrode 15 has a current collector plate 16 made of aluminum or the like, and the current collector plate 16 is electrically connected to the positive electrode terminal 11 p of the secondary battery 10. The secondary battery 10 is charged and discharged by the exchange of lithium ions Li + between the negative electrode 12 and the positive electrode 15, and a discharge current Ib (> 0) or a charge current Ib (<0) is generated.

二次電池10の放電時には、負極12から放出されたリチウムイオンLi+は、拡散および泳動によって正極15に移動して、正極15に吸収される。このとき、電解液内におけるリチウムイオンLi+の拡散に遅れが生じると、負極12内の電解液では、リチウムイオンLi+濃度(すなわち電解液の塩濃度)が増加する。一方、正極15内の電解液では、リチウムイオンLi+濃度が減少する。この様子を図7に示す。図7に示した平均塩濃度とは、二次電池10の全体において、電解液の塩濃度が均一になったときの値である。例えば、二次電池10の長時間の放置によって、電解液の塩濃度を均一にすることができる。 At the time of discharging the secondary battery 10, lithium ions Li + released from the negative electrode 12 move to the positive electrode 15 by diffusion and migration and are absorbed by the positive electrode 15. At this time, if a delay occurs in the diffusion of lithium ions Li + in the electrolytic solution, the lithium ion Li + concentration (that is, the salt concentration of the electrolytic solution) increases in the electrolytic solution in the negative electrode 12. On the other hand, in the electrolytic solution in the positive electrode 15, the lithium ion Li + concentration decreases. This is shown in FIG. The average salt concentration shown in FIG. 7 is a value when the salt concentration of the electrolytic solution becomes uniform in the entire secondary battery 10. For example, the salt concentration of the electrolytic solution can be made uniform by leaving the secondary battery 10 for a long time.

図8は、電解液塩濃度と反応抵抗との関係を示す。反応抵抗は、活物質18の界面において反応電流が発生したときに、等価的に電気抵抗として作用する抵抗であり、言い換えれば、電極表面におけるリチウムイオンLi+の出入りに関する抵抗成分である。反応抵抗は、電荷移動抵抗とも呼ばれる。 FIG. 8 shows the relationship between electrolyte salt concentration and reaction resistance. The reaction resistance is a resistance that acts as an electrical resistance equivalently when a reaction current is generated at the interface of the active material 18, in other words, a resistance component related to the entry and exit of lithium ions Li + on the electrode surface. Reaction resistance is also called charge transfer resistance.

図8に示す特性図によれば、反応抵抗は、電解液塩濃度の関数であることが分かる。特に、電解液塩濃度が閾値Cthよりも高い領域では、電解液塩濃度の変化に対して反応抵抗の変化は緩やかである。また、電解液塩濃度が閾値Cthよりも低い領域では、電解液塩濃度の変化に対して反応抵抗の変化が急である。すなわち、電解液塩濃度が閾値Cthよりも低い領域では、電解液塩濃度が閾値Cthよりも高い領域と比較して、電解液塩濃度に対する反応抵抗値の変化率が大きい。   According to the characteristic diagram shown in FIG. 8, it can be seen that the reaction resistance is a function of the electrolyte salt concentration. In particular, in the region where the electrolyte salt concentration is higher than the threshold value Cth, the change in the reaction resistance is moderate with respect to the change in the electrolyte salt concentration. Further, in the region where the electrolyte salt concentration is lower than the threshold value Cth, the reaction resistance changes rapidly with respect to the electrolyte salt concentration change. That is, in the region where the electrolyte salt concentration is lower than the threshold value Cth, the rate of change of the reaction resistance value with respect to the electrolyte salt concentration is larger than in the region where the electrolyte salt concentration is higher than the threshold value Cth.

図7および図8を考慮すると、放電時に正極15内での電解液塩濃度が減少した場合であっても、正極15内の電解液塩濃度が閾値Cthよりも高いときには、反応抵抗の低下はほとんど生じないことが分かる。一方、正極15内の電解液塩濃度が閾値Cthよりも低いときには、正極15内での電解液塩濃度の低下は、反応抵抗の増加を招くことが分かる。   Considering FIGS. 7 and 8, even when the electrolyte salt concentration in the positive electrode 15 decreases during discharge, when the electrolyte salt concentration in the positive electrode 15 is higher than the threshold value Cth, the reaction resistance decreases. It turns out that it hardly occurs. On the other hand, when the electrolyte salt concentration in the positive electrode 15 is lower than the threshold value Cth, it can be seen that a decrease in the electrolyte salt concentration in the positive electrode 15 causes an increase in reaction resistance.

このような反応抵抗の増加の要因として、例えば、図9Aに示すように、電解液の平均塩濃度が減少することによって、正極内の電解液塩濃度が閾値Cthよりも低くなることが考えられる。また、例えば、図9Bに示すように、放電が繰り返されて累積的に正極内の電解液塩濃度が低下することによって、正極内の電解液塩濃度が閾値Cthよりも低くなることが考えられる。放電時に正極15内の電解液塩濃度が低下することによって、反応抵抗の上昇が発現する場合を例示したが、充電時にも、負極12内の電解液塩濃度が低下することによって、反応抵抗の上昇が発現する。   As a cause of such an increase in reaction resistance, for example, as shown in FIG. 9A, it is conceivable that the electrolyte salt concentration in the positive electrode becomes lower than the threshold value Cth as the average salt concentration of the electrolyte decreases. . Further, for example, as shown in FIG. 9B, it is conceivable that the electrolyte salt concentration in the positive electrode becomes lower than the threshold value Cth due to the repeated discharge and the cumulative decrease in the electrolyte salt concentration in the positive electrode. . The case where an increase in the reaction resistance occurs due to a decrease in the electrolyte salt concentration in the positive electrode 15 at the time of discharging is illustrated. However, even during charging, a decrease in the electrolyte salt concentration in the negative electrode 12 causes a decrease in the reaction resistance. An increase appears.

反応抵抗と、電極12,15での電子e-の移動に対する純電気的な抵抗(純抵抗)とを併せたものが、二次電池10をマクロに見た場合の電池抵抗(内部抵抗)における直流抵抗成分に相当する。 The combination of the reaction resistance and the pure electrical resistance (pure resistance) against the movement of electrons e at the electrodes 12 and 15 is the battery resistance (internal resistance) when the secondary battery 10 is viewed macroscopically. Corresponds to DC resistance component.

本実施例に用いられる基礎的な電池モデル式は、下記式(3)〜(13)からなる基礎方程式で表される。図10は、電池モデル式で用いられる変数および定数の一覧表を示す。   The basic battery model formula used in the present embodiment is represented by a basic equation consisting of the following formulas (3) to (13). FIG. 10 shows a list of variables and constants used in the battery model formula.

以下に説明するモデル式中の変数および定数に関して、添字eは電解液中の値であることを示し、sは活物質中の値であることを示す。添字jは、正極および負極を区別するものであり、jが1であるときには正極における値を示し、jが2であるときには負極における値を示す。正極および負極における変数又は定数を包括的に表記する場合には、添字jを省略する。また、時間の関数であることを示す(t)の表記、電池温度の依存性を示す(T)の表記、あるいは、局所SOCθの依存性を示す(θ)等について、明細書中では表記を省略することもある。変数又は定数に付された記号♯は、平均値を表わす。   Regarding the variables and constants in the model formula described below, the subscript e indicates a value in the electrolytic solution, and s indicates a value in the active material. The subscript j distinguishes between the positive electrode and the negative electrode. When j is 1, the value at the positive electrode is indicated. When j is 2, the value at the negative electrode is indicated. When the variables or constants in the positive electrode and the negative electrode are described comprehensively, the suffix j is omitted. In addition, the notation (t) indicating that it is a function of time, the notation (T) indicating the dependency of the battery temperature, the (θ) indicating the dependency of the local SOC θ, and the like are indicated in the specification. Sometimes omitted. The symbol # attached to a variable or constant represents an average value.

上記式(3),(4)は、電極(活物質)における電気化学反応を示す式であり、バトラー・ボルマーの式と呼ばれる。   The above formulas (3) and (4) are formulas showing the electrochemical reaction in the electrode (active material), and are called Butler-Volmer formulas.

電解液中のリチウムイオン濃度保存則に関する式として、下記式(5)が成立する。活物質内のリチウム濃度保存則に関する式として、下記式(6)の拡散方程式と、下記式(7),(8)に示す境界条件式が適用される。下記式(7)は、活物質の中心部における境界条件を示し、下記式(8)は、活物質の電解液との界面(以下、単に「界面」ともいう)における境界条件を示す。   The following formula (5) is established as a formula for the conservation law of lithium ion concentration in the electrolytic solution. As an equation relating to the law of conservation of lithium concentration in the active material, the diffusion equation of the following equation (6) and the boundary condition equations shown in the following equations (7) and (8) are applied. The following formula (7) represents the boundary condition at the center of the active material, and the following formula (8) represents the boundary condition at the interface between the active material and the electrolyte (hereinafter also simply referred to as “interface”).

活物質界面における局所なリチウム濃度分布である局所SOCθjは、下記式(9)で定義される。下記式(9)中のCsejは、下記式(10)に示されるように、正極および負極の活物質界面におけるリチウム濃度を示している。Csj,maxは、活物質内での限界リチウム濃度を示している。 Local SOC θ j that is a local lithium concentration distribution at the active material interface is defined by the following formula (9). Csej in the following formula (9) indicates the lithium concentration at the active material interface between the positive electrode and the negative electrode, as shown in the following formula (10). Csj, max indicates the limit lithium concentration in the active material.

電解液中の電荷保存則に関する式として、下記式(11)が成立し、活物質中の電荷保存則に関する式として、下記式(12)が成立する。活物質界面での電気化学反応式として、電流密度I(t)と、反応電流密度jj Liとの関係を示す下記式(13)が成立する。 The following equation (11) is established as an equation relating to the charge conservation law in the electrolytic solution, and the following equation (12) is established as an equation relating to the charge conservation law in the active material. As an electrochemical reaction formula at the active material interface, the following formula (13) showing the relationship between the current density I (t) and the reaction current density j j Li is established.

上記式(3)〜(13)の基礎方程式で表される電池モデル式は、以下に説明するように、簡易化することができる。電池モデル式の簡易化により、演算負荷を低減したり、演算時間を短縮したりすることができる。   The battery model formula represented by the basic equations of the above formulas (3) to (13) can be simplified as described below. The simplification of the battery model formula can reduce the calculation load and the calculation time.

負極12および正極15のそれぞれにおける電気化学反応を一様なものと仮定する。すなわち、各電極12,15において、x方向における反応が均一に生じるものと仮定する。また、各電極12,15に含まれる複数の活物質での反応が均一と仮定するので、各電極12,15の活物質を、1個の活物質モデルとして取り扱う。これにより、図6に示す二次電池の構造は、図11に示す構造にモデリングすることができる。   It is assumed that the electrochemical reaction in each of the negative electrode 12 and the positive electrode 15 is uniform. That is, it is assumed that the reaction in the x direction occurs uniformly in each of the electrodes 12 and 15. In addition, since it is assumed that the reactions in the plurality of active materials contained in the electrodes 12 and 15 are uniform, the active materials of the electrodes 12 and 15 are treated as one active material model. Thereby, the structure of the secondary battery shown in FIG. 6 can be modeled into the structure shown in FIG.

図11に示す電池モデルでは、充放電時における活物質モデル18p(j=1)および活物質モデル18n(j=2)の表面における電極反応をモデリングすることができる。また、図11に示す電池モデルでは、活物質モデル18p,18nの内部におけるリチウムの拡散(径方向)と、電解液中のリチウムイオンの拡散(濃度分布)とをモデリングすることができる。さらに、図11に示す電池モデルの各部位において、電位分布や温度分布をモデリングすることができる。   In the battery model shown in FIG. 11, it is possible to model electrode reactions on the surfaces of the active material model 18p (j = 1) and the active material model 18n (j = 2) during charging and discharging. Further, in the battery model shown in FIG. 11, it is possible to model lithium diffusion (radial direction) in the active material models 18p and 18n and lithium ion diffusion (concentration distribution) in the electrolytic solution. Furthermore, potential distribution and temperature distribution can be modeled in each part of the battery model shown in FIG.

図12に示すように、各活物質モデル18p,18nの内部におけるリチウム濃度Csは、活物質モデル18p,18nの半径方向の座標r(r:各点の中心からの距離、rs:活物質の半径)上での関数として表すことができる。ここで、活物質モデル18p,18nの周方向における位置依存性は、無いものと仮定している。図12に示す活物質モデルは、界面での電気化学反応に伴う、活物質の内部におけるリチウム拡散現象を推定するために用いられる。活物質モデル18p,18nの径方向にN分割(N:2以上の自然数)された各領域(k=1〜N)について、リチウム濃度Cs,k(t)が、後述する拡散方程式に従って推定される。   As shown in FIG. 12, the lithium concentration Cs in each of the active material models 18p and 18n is expressed by the coordinate r in the radial direction of the active material models 18p and 18n (r: the distance from the center of each point, rs: the active material model (Radius) as a function on Here, it is assumed that there is no position dependency in the circumferential direction of the active material models 18p and 18n. The active material model shown in FIG. 12 is used to estimate the lithium diffusion phenomenon inside the active material due to the electrochemical reaction at the interface. For each region (k = 1 to N) divided into N (N: natural number of 2 or more) in the radial direction of the active material models 18p, 18n, the lithium concentration Cs, k (t) is estimated according to the diffusion equation described later. The

図11に示す電池モデルによれば、基礎方程式(3)〜(8),(10)は、下記式(3’)〜(8’),(10’)で表すことができる。   According to the battery model shown in FIG. 11, the basic equations (3) to (8) and (10) can be expressed by the following equations (3 ') to (8') and (10 ').

上記式(5’)では、電解液の濃度を時間に対して不変と仮定することによって、Cej(t)が一定値であると仮定する。また、活物質モデル18n,18pに対しては、拡散方程式(6)〜(8)が極座標方向の分布のみを考慮して、拡散方程式(6’)〜(8’)に変形される。上記式(10’)において、活物質の界面におけるリチウム濃度Csejは、図12に示したN分割領域のうちの最外周の領域におけるリチウム濃度Csi(t)に対応する。   In the above formula (5 '), it is assumed that Cej (t) is a constant value by assuming that the concentration of the electrolytic solution is invariable with respect to time. For the active material models 18n and 18p, the diffusion equations (6) to (8) are transformed into the diffusion equations (6 ') to (8') in consideration of only the distribution in the polar coordinate direction. In the above formula (10 '), the lithium concentration Csej at the active material interface corresponds to the lithium concentration Csi (t) in the outermost region of the N-divided region shown in FIG.

電界液中の電荷保存則に関する上記式(11)は、上記式(5’)を用いて、下記式(14)に簡易化される。すなわち、電解液の電位φejは、xの二次関数として近似される。過電圧ηj♯の算出に用いる電解液中の平均電位φej♯は、下記式(14)を電極厚さLjで積分した下記式(15)によって求められる。   The above equation (11) relating to the law of conservation of electric charge in the electrolysis solution is simplified to the following equation (14) using the above equation (5 ′). That is, the potential φej of the electrolytic solution is approximated as a quadratic function of x. The average potential φej # in the electrolytic solution used for calculation of the overvoltage ηj # is obtained by the following equation (15) obtained by integrating the following equation (14) with the electrode thickness Lj.

負極12については、下記式(14)に基づいて、下記式(16)が成立する。このため、電解液平均電位φe2♯と、負極12およびセパレータ14の境界における電解液電位との電位差は、下記式(17)で表される。正極15については、電解液平均電位φe1♯と、正極15およびセパレータ14の境界における電解液電位との電位差は、下記式(18)で表される。   For the negative electrode 12, the following formula (16) is established based on the following formula (14). Therefore, the potential difference between the electrolyte average potential φe2 # and the electrolyte potential at the boundary between the negative electrode 12 and the separator 14 is expressed by the following formula (17). For the positive electrode 15, the potential difference between the electrolyte average potential φe1 # and the electrolyte potential at the boundary between the positive electrode 15 and the separator 14 is expressed by the following formula (18).

活物質中の電荷保存則に関する上記式(12)についても、下記式(19)に簡易化することができる。すなわち、活物質の電位φsjについても、xの二次関数として近似される。過電圧ηj♯の算出に用いる活物質中の平均電位φsj♯は、下記式(19)を電極厚さLjで積分した下記式(20)によって求められる。このため、正極15に関して、活物質平均電位φs1♯と、活物質18pおよび集電板16の境界における活物質電位との電位差は、下記式(21)で示される。同様に、負極12については、下記式(22)が成立する。   The above formula (12) relating to the law of conservation of charge in the active material can also be simplified to the following formula (19). That is, the potential φsj of the active material is also approximated as a quadratic function of x. The average potential φsj # in the active material used for calculation of the overvoltage ηj # is obtained by the following equation (20) obtained by integrating the following equation (19) with the electrode thickness Lj. Therefore, with respect to the positive electrode 15, the potential difference between the active material average potential φs1 # and the active material potential at the boundary between the active material 18p and the current collector plate 16 is represented by the following formula (21). Similarly, the following formula (22) is established for the negative electrode 12.

図13は、二次電池の端子電圧V(t)と、上述のように求めた各平均電位との関係を示す。図13において、セパレータ14では、反応電流密度jj Liが0であるため、セパレータ14での電圧降下は、電流密度I(t)に比例し、Ls/κs eff・I(t)となる。 FIG. 13 shows the relationship between the terminal voltage V (t) of the secondary battery and each average potential obtained as described above. In FIG. 13, since the reaction current density j j Li is 0 in the separator 14, the voltage drop at the separator 14 is proportional to the current density I (t), and L s / κ s eff · I (t) Become.

また、各電極中における電気化学反応を一様と仮定したことにより、極板の単位面積当たりの電流密度I(t)と反応電流密度(リチウム生成量)jj Liとの間には、下記式(23)が成立する。 In addition, by assuming that the electrochemical reaction in each electrode is uniform, the current density I (t) per unit area of the electrode plate and the reaction current density (lithium generation amount) j j Li are as follows. Formula (23) is materialized.

図13に示す電位関係および上記式(23)に基づいて、電池電圧V(t)については、下記式(24)が成立する。下記式(24)は、図13に示す下記式(25)の電位関係式を前提とする。   Based on the potential relationship shown in FIG. 13 and the above equation (23), the following equation (24) is established for the battery voltage V (t). The following formula (24) is based on the potential relational formula of the following formula (25) shown in FIG.

次に、平均過電圧η♯(t)を算出する。jj Liを一定にするとともに、バトラー・ボルマーの関係式において、充放電効率を同一として、αajおよびαejを0.5とすると、下記式(26)が成立する。下記式(26)を逆変換することにより、平均過電圧η♯(t)は、下記式(27)により求められる。 Next, an average overvoltage η # (t) is calculated. Assuming that j j Li is constant and the charge / discharge efficiency is the same in the Butler-Bolmer relational expression and αaj and αej are 0.5, the following expression (26) is established. The average overvoltage η # (t) is obtained by the following equation (27) by inversely transforming the following equation (26).

図13を用いて平均電位φs1、φs2を求め、求めた値を上記式(24)に代入する。また、上記式(27)から求めた平均過電圧η1♯(t)、η2♯(t)を上記式(25)に代入する。この結果、上記式(3’)、(23)および上記式(4’)に基づいて、電気化学反応モデル式に従った電圧−電流関係モデル式(M1a)が導出される。   The average potentials φs1 and φs2 are obtained using FIG. 13, and the obtained values are substituted into the above equation (24). Further, the average overvoltages η1 # (t) and η2 # (t) obtained from the equation (27) are substituted into the equation (25). As a result, a voltage-current relationship model formula (M1a) according to the electrochemical reaction model formula is derived based on the formulas (3 ′), (23) and the formula (4 ′).

リチウム濃度保存則(拡散方程式)である上記式(6’)および境界条件式(7’),(8’)によって、活物質モデル18p,18nについての活物質拡散モデル式(M2a)が求められる。   The active material diffusion model equation (M2a) for the active material models 18p and 18n is obtained by the above equation (6 ′) and boundary condition equations (7 ′) and (8 ′) which are the lithium concentration conservation law (diffusion equation). .

モデル式(M1a)の右辺第1項は、活物質表面での反応物質(リチウム)濃度により決定される開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)を示し、右辺第2項は、過電圧(η1♯−η2♯)を示し、右辺第3項は、電池電流による電圧降下を示す。すなわち、二次電池10の直流純抵抗が,式(M1a)中のRd(T)で表わされる。   The first term on the right side of the model formula (M1a) represents an open circuit voltage (OCV) determined by the concentration of the reactant (lithium) on the active material surface, and the second term on the right side represents an overvoltage (η1 # − η2 #), and the third term on the right side represents a voltage drop due to the battery current. That is, the DC pure resistance of the secondary battery 10 is represented by Rd (T) in the formula (M1a).

式(M2a)において、反応物質であるリチウムの拡散速度を規定するパラメータとして用いられる拡散係数Ds1,Ds2は温度依存性を有する。したがって、拡散係数Ds1,Ds2は、例えば、図14に示すマップを用いて設定することができる。図14に示すマップは、予め取得しておくことができる。図14において、横軸の電池温度Tは、温度センサ23を用いて取得された温度である。図14に示すように、拡散係数Ds1,Ds2は、電池温度の低下に応じて低下する。言い換えれば、拡散係数Ds1,Ds2は、電池温度の上昇に応じて上昇する。   In the formula (M2a), diffusion coefficients Ds1 and Ds2 used as parameters for defining the diffusion rate of lithium as a reactant have temperature dependence. Therefore, the diffusion coefficients Ds1 and Ds2 can be set using, for example, the map shown in FIG. The map shown in FIG. 14 can be acquired in advance. In FIG. 14, the battery temperature T on the horizontal axis is the temperature acquired using the temperature sensor 23. As shown in FIG. 14, the diffusion coefficients Ds1 and Ds2 decrease as the battery temperature decreases. In other words, the diffusion coefficients Ds1, Ds2 increase as the battery temperature increases.

拡散係数Ds1,Ds2について、温度の依存性だけでなく、局所SOCθの依存性を考慮してもよい。この場合、電池温度T、局所SOCθおよび拡散係数Ds1,Ds2の関係を示すマップを予め用意しておけばよい。   Regarding the diffusion coefficients Ds1 and Ds2, not only the temperature dependency but also the local SOC θ dependency may be considered. In this case, a map indicating the relationship between the battery temperature T, the local SOC θ, and the diffusion coefficients Ds1 and Ds2 may be prepared in advance.

上記式(M1a)に含まれる開放電圧U1は、図15Aに示すように、局所SOCθ1の上昇に応じて低下する。また、開放電圧U2は、図15Bに示すように、局所SOCθ2の上昇に応じて上昇する。図15Aおよび図15Bに示すマップを予め用意しておけば、局所SOCθ1,θ2に対応した開放電圧U1、U2を特定することができる。   The open circuit voltage U1 included in the above formula (M1a) decreases as the local SOC θ1 increases, as shown in FIG. 15A. Further, as shown in FIG. 15B, open circuit voltage U2 rises as local SOC θ2 rises. If the maps shown in FIGS. 15A and 15B are prepared in advance, the open-circuit voltages U1 and U2 corresponding to the local SOCs θ1 and θ2 can be specified.

上記式(M1a)に含まれる交換電流密度i01,i02は、局所SOCθおよび電池温度Tの依存性を有する。したがって、交換電流密度i01,i02、局所SOCθおよび電池温度Tの関係を示すマップを予め用意しておけば、局所SOCθおよび電池温度Tから、交換電流密度i01,i02を特定することができる。   Exchange current densities i01 and i02 included in the above formula (M1a) have dependence on local SOC θ and battery temperature T. Therefore, if a map showing the relationship between exchange current density i01, i02, local SOCθ and battery temperature T is prepared in advance, exchange current density i01, i02 can be specified from local SOCθ and battery temperature T.

直流純抵抗Rdは、温度の依存性を有する。したがって、直流純抵抗Rdおよび電池温度Tの関係を示すマップを予め用意しておけば、電池温度Tから直流純抵抗Rdを特定することができる。なお、上述したマップについては、二次電池10に関する周知の交流インピーダンス測定等の実験結果に基づいて作成することができる。   The DC pure resistance Rd has temperature dependence. Therefore, if a map showing the relationship between the DC pure resistance Rd and the battery temperature T is prepared in advance, the DC pure resistance Rd can be specified from the battery temperature T. In addition, about the map mentioned above, it can create based on experimental results, such as the well-known alternating current impedance measurement regarding the secondary battery 10. FIG.

図11に示す電池モデルは、さらに簡略化することができる。具体的には、電極12,15の活物質として、共通の活物質モデルを用いることができる。図11に示す活物質モデル18n,18pを、1つの活物質モデルとして扱うことにより、下記式(28)に示すような式の置き換えができる。下記式(28)では、正極15および負極12の区別を示す添字jが省略される。   The battery model shown in FIG. 11 can be further simplified. Specifically, a common active material model can be used as the active material of the electrodes 12 and 15. By treating the active material models 18n and 18p shown in FIG. 11 as one active material model, the following equation (28) can be replaced. In the following formula (28), the suffix j indicating the distinction between the positive electrode 15 and the negative electrode 12 is omitted.

モデル式(M1a)、(M2a)は、下記式(M1b)、(M2b)で表すことができる。また、1つの活物質モデルを用いた電池モデルでは、電流密度I(t)および反応電流密度jj Liの関係式として、上記式(23)の代わりに、下記式(23’)が適用される。 The model formulas (M1a) and (M2a) can be expressed by the following formulas (M1b) and (M2b). In the battery model using one active material model, the following formula (23 ′) is applied instead of the above formula (23) as the relational expression of the current density I (t) and the reaction current density j j Li. The

上記式(M1a)中のarcsinh項を一次近似(線形近似)することにより、下記式(M1c)が得られる。このように線形近似することにより、演算負荷を低減したり、演算時間を短縮したりすることができる。   The following equation (M1c) is obtained by first-order approximation (linear approximation) of the arcsinh term in the above equation (M1a). By performing linear approximation in this way, it is possible to reduce the calculation load and the calculation time.

上記式(M1c)では、線形近似の結果、右辺第2項も、電流密度I(t)および反応抵抗Rrの積で示される。反応抵抗Rrは、上記式(29)に示されるように、局所SOCθおよび電池温度Tに依存する交換電流密度i01,i02から算出される。したがって、上記式(M1c)を用いるときには、局所SOCθ、電池温度Tおよび交換電流密度i01,i02の関係を示すマップを予め用意しておけばよい。上記式(M1c)および上記式(29)によれば、上記式(30)が得られる。   In the above formula (M1c), as a result of the linear approximation, the second term on the right side is also represented by the product of the current density I (t) and the reaction resistance Rr. The reaction resistance Rr is calculated from the exchange current densities i01 and i02 depending on the local SOC θ and the battery temperature T as shown in the above equation (29). Therefore, when the above formula (M1c) is used, a map showing the relationship between the local SOC θ, the battery temperature T, and the exchange current densities i01 and i02 may be prepared in advance. According to the above formula (M1c) and the above formula (29), the above formula (30) is obtained.

上記式(M1b)における右辺第2項のarcsinh項を線形近似すれば、下記式(M1d)が得られる。   If the arcsinh term of the second term on the right side in the above equation (M1b) is linearly approximated, the following equation (M1d) is obtained.

上記式(1)に示す抵抗変化率grを考慮すると、上記式(M1b)は、下記式(M1e)として表すことができる。   Considering the resistance change rate gr shown in the above formula (1), the above formula (M1b) can be expressed as the following formula (M1e).

上記式(M1e)は、一次近似(線形近似)することにより、下記式(M1f)で表される。   The above formula (M1e) is expressed by the following formula (M1f) by performing linear approximation.

図16は、コントローラ30の内部構成を示す概略図である。電池状態推定部300は、拡散推定部310と、開放電圧推定部320と、電流推定部330と、パラメータ設定部340と、境界条件設定部350とを有する。図16に示す構成において、電池状態推定部300は、上記式(M1f)および上記式(M2b)を用いることにより、電流密度I(t)を算出し、算出結果を抵抗変化率算出部360に出力する。   FIG. 16 is a schematic diagram showing the internal configuration of the controller 30. The battery state estimation unit 300 includes a diffusion estimation unit 310, an open-circuit voltage estimation unit 320, a current estimation unit 330, a parameter setting unit 340, and a boundary condition setting unit 350. In the configuration shown in FIG. 16, the battery state estimation unit 300 calculates the current density I (t) by using the above formula (M1f) and the above formula (M2b), and the calculation result is sent to the resistance change rate calculation unit 360. Output.

本実施例では、上記式(M1f)を用いて電流密度I(t)を算出しているが、これに限るものではない。具体的には、上記式(M1a)〜(M1e)のいずれかと、上記式(M2a)又は(M2b)との任意の組み合わせに基づいて、電流密度I(t)を算出することができる。本実施例では、抵抗変化率grを用いているため、上記式(M1a)〜(M1d)を用いるときには、これらの式のうち、arcsinh項又は、arcsinh項を一次近似(直線近似)した項において、電流密度I(t)に抵抗変化率grを乗算するものとする。   In this embodiment, the current density I (t) is calculated using the above formula (M1f), but the present invention is not limited to this. Specifically, the current density I (t) can be calculated based on any combination of the above formulas (M1a) to (M1e) and the above formula (M2a) or (M2b). In this embodiment, since the resistance change rate gr is used, when using the above equations (M1a) to (M1d), the arcsinh term or the term obtained by linear approximation of the arcsinh term in these equations is used. The current density I (t) is multiplied by the resistance change rate gr.

拡散推定部310は、上記式(M2b)を用い、境界条件設定部350で設定された境界条件に基づいて、活物質内部でのリチウム濃度分布を算出する。境界条件は、上記式(7’)又は(8’)に基づいて設定される。拡散推定部310は、上記式(9)を用い、算出したリチウム濃度分布に基づいて局所SOCθを算出する。拡散推定部310は、局所SOCθに関する情報を開放電圧推定部320に出力する。   Diffusion estimation unit 310 calculates the lithium concentration distribution inside the active material based on the boundary condition set by boundary condition setting unit 350 using equation (M2b). The boundary condition is set based on the above formula (7 ') or (8'). Diffusion estimation unit 310 calculates local SOC θ based on the calculated lithium concentration distribution using equation (9). Diffusion estimation unit 310 outputs information on local SOC θ to open-circuit voltage estimation unit 320.

開放電圧推定部320は、拡散推定部310が算出した局所SOCθに基づいて、各電極12,15の開放電圧U1,U2を特定する。具体的には、開放電圧推定部320は、図15Aおよび図15Bに示すマップを用いることにより、開放電圧U1,U2を特定することができる。開放電圧推定部320は、開放電圧U1,U2に基づいて、二次電池10の開放電圧を算出することができる。二次電池10の開放電圧は、開放電圧U1から開放電圧U2を減算することによって得られる。   The open-circuit voltage estimation unit 320 identifies the open-circuit voltages U1 and U2 of the electrodes 12 and 15 based on the local SOC θ calculated by the diffusion estimation unit 310. Specifically, the open-circuit voltage estimation unit 320 can specify the open-circuit voltages U1 and U2 by using the maps shown in FIGS. 15A and 15B. The open-circuit voltage estimation unit 320 can calculate the open-circuit voltage of the secondary battery 10 based on the open-circuit voltages U1 and U2. The open circuit voltage of the secondary battery 10 is obtained by subtracting the open circuit voltage U2 from the open circuit voltage U1.

パラメータ設定部340は、電池温度Tおよび局所SOCθに応じて、電池モデル式で用いられるパラメータを設定する。電池温度Tとしては、温度センサ23による検出温度Tbを用いる。局所SOCθは、拡散推定部310から取得される。パラメータ設定部340で設定されるパラメータとしては、上記式(M2b)中の拡散定数Ds、上記式(M1f)中の電流密度i0および直流抵抗Rdがある。   Parameter setting unit 340 sets parameters used in the battery model equation according to battery temperature T and local SOC θ. As the battery temperature T, the temperature Tb detected by the temperature sensor 23 is used. The local SOC θ is acquired from the diffusion estimation unit 310. Parameters set by the parameter setting unit 340 include the diffusion constant Ds in the above formula (M2b), the current density i0 in the above formula (M1f), and the DC resistance Rd.

電流推定部330は、下記式(M3a)を用いて、電流密度I(t)を算出(推定)する。下記式(M3a)は、上記式(M1f)を変形した式である。下記式(M3a)において、開放電圧U(θ,t)は、開放電圧推定部320で推定された開放電圧U(θ)である。電圧V(t)は、監視ユニット21を用いて取得した電池電圧Vbである。Rd(t)およびi0(θ,T,t)は、パラメータ設定部340で設定された値である。下記式(M3a)中のgrは、抵抗変化率算出部360が算出した抵抗変化率grである。   The current estimation unit 330 calculates (estimates) the current density I (t) using the following formula (M3a). The following formula (M3a) is a formula obtained by modifying the above formula (M1f). In the following formula (M3a), the open circuit voltage U (θ, t) is the open circuit voltage U (θ) estimated by the open circuit voltage estimation unit 320. The voltage V (t) is the battery voltage Vb acquired using the monitoring unit 21. Rd (t) and i0 (θ, T, t) are values set by the parameter setting unit 340. In the following formula (M3a), gr is the resistance change rate gr calculated by the resistance change rate calculation unit 360.

なお、上記式(M1a)〜(M1e)のいずれかの式を用いる場合であっても、上記式(M3a)と同様の方法によって、電流密度I(t)を算出することができる。   Note that even when any one of the above formulas (M1a) to (M1e) is used, the current density I (t) can be calculated by the same method as the above formula (M3a).

境界条件設定部350は、上記式(23)又は(23’)を用いて、電流推定部330によって算出された電流密度I(t)から反応電流密度(リチウム生成量)jj Liを算出する。そして、境界条件設定部350は、上記式(8’)を用いて、上記式(M2b)における境界条件を更新する。 The boundary condition setting unit 350 calculates the reaction current density (lithium generation amount) j j Li from the current density I (t) calculated by the current estimation unit 330 using the above formula (23) or (23 ′). . Then, the boundary condition setting unit 350 updates the boundary condition in the equation (M2b) using the equation (8 ′).

抵抗変化率推定部360は、上記式(31)で表される抵抗変化率grを算出する。   The resistance change rate estimation unit 360 calculates the resistance change rate gr represented by the above equation (31).

抵抗Raは、局所SOCθおよび電池温度Tの変化に応じて変化する。したがって、初期状態にある二次電池10を用いた実験を行うことにより、抵抗Ra、局所SOCθおよび電池温度Tの関係を示すマップを予め取得しておくことができる。このマップは、メモリ30aに記憶することができる。抵抗Raは、局所SOCθや電池温度Tの変化だけでなく、二次電池10の使用(充放電)に伴う経年劣化によっても変化する。   Resistance Ra changes in accordance with changes in local SOC θ and battery temperature T. Therefore, by performing an experiment using the secondary battery 10 in the initial state, a map showing the relationship between the resistance Ra, the local SOC θ, and the battery temperature T can be acquired in advance. This map can be stored in the memory 30a. The resistance Ra changes not only due to changes in the local SOC θ and the battery temperature T but also due to aging due to use (charging / discharging) of the secondary battery 10.

抵抗変化率算出部360は、下記式(31)を用いて、抵抗変化率grを算出する。抵抗変化率算出部360は、算出した抵抗変化率grに関する情報を、電流推定部330、判定部370および抵抗上昇量推定部390に出力する。   The resistance change rate calculation unit 360 calculates the resistance change rate gr using the following equation (31). The resistance change rate calculation unit 360 outputs information regarding the calculated resistance change rate gr to the current estimation unit 330, the determination unit 370, and the resistance increase amount estimation unit 390.

上記式(31)において、開放電圧U(θ)は、開放電圧推定部320によって推定された値であり、V(t)は、監視ユニット21から得られた電池電圧Vbである。Ranは、電池温度Tおよび局所SOCθを特定することにより、電池温度T、局所SOCθおよび抵抗Raの関係を示すマップから特定される値である。電流密度I(t)は、電流センサ22による測定電流値Ibを単位極板面積で除算した値である。   In the above formula (31), the open circuit voltage U (θ) is a value estimated by the open circuit voltage estimation unit 320, and V (t) is the battery voltage Vb obtained from the monitoring unit 21. Ran is a value specified from a map indicating the relationship between the battery temperature T, the local SOC θ, and the resistance Ra by specifying the battery temperature T and the local SOC θ. The current density I (t) is a value obtained by dividing the current value Ib measured by the current sensor 22 by the unit electrode plate area.

判定部370は、タイマ371を備えており、ハイレート抵抗上昇が解消されたか否かを判定する。判定部370は、図4および図5で説明した処理を行う。判定部370には、イグニッションスイッチのオン/オフに関する情報が入力され、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったときに、判定部370は、二次電池10が放置されていると判別する。   The determination unit 370 includes a timer 371 and determines whether or not the high-rate resistance increase has been eliminated. The determination unit 370 performs the processing described with reference to FIGS. Information regarding the on / off of the ignition switch is input to the determination unit 370, and when the ignition switch is switched from on to off, the determination unit 370 determines that the secondary battery 10 is left unattended.

記憶部380は、ハイレート抵抗上昇が解消されているときの抵抗変化率gr(以下、gr(t0)という)を記憶する。抵抗変化率gr(t0)は、抵抗変化率算出部360によって算出された値である。抵抗上昇量推定部390は、ハイレート抵抗上昇量ΔRhを算出(推定)する。   The storage unit 380 stores a resistance change rate gr (hereinafter referred to as gr (t0)) when the high-rate resistance increase is eliminated. The resistance change rate gr (t0) is a value calculated by the resistance change rate calculation unit 360. The resistance increase amount estimation unit 390 calculates (estimates) the high rate resistance increase amount ΔRh.

電流推定部330で推定された電流密度(推定電流密度という)I(t)と、電流センサ21の測定電流Ibから得られる電流密度(測定電流密度という)I(t)との間に誤差が発生したときに、ハイレート抵抗上昇が発生する。推定電流密度I(t)および測定電流密度I(t)は、同一のタイミングで得られる電流密度である。ハイレート抵抗上昇の発生に関して、以下に説明する。   There is an error between the current density (referred to as estimated current density) I (t) estimated by the current estimation unit 330 and the current density (referred to as measured current density) I (t) obtained from the measured current Ib of the current sensor 21. When this occurs, a high rate resistance rise occurs. The estimated current density I (t) and the measured current density I (t) are current densities obtained at the same timing. The occurrence of high rate resistance rise will be described below.

上述した電池モデルでは、すべての電流が活物質18を流れて電気化学反応に関与するとの前提で導出されている。しかしながら、実際には、特に低温時等において、電解液および活物質の界面に電気二重層キャパシタが生じることにより、電池電流が、電気化学反応に関与する電気化学反応電流成分と、キャパシタを流れるキャパシタ電流成分とに分流されることがある。この場合には、キャパシタ電流成分を電気化学反応電流成分と分離するように、電池モデル式を構成するのが好ましい。   The battery model described above is derived on the assumption that all current flows through the active material 18 and participates in the electrochemical reaction. However, in actuality, particularly when the temperature is low, an electric double layer capacitor is generated at the interface between the electrolyte and the active material, so that the battery current is an electrochemical reaction current component involved in the electrochemical reaction and the capacitor flowing through the capacitor. The current component may be shunted. In this case, it is preferable to construct the battery model equation so that the capacitor current component is separated from the electrochemical reaction current component.

上述した基礎的な電池モデルでは、電極12,15の表面におけるリチウムイオンLi+の反応、電極12,15の活物質18におけるリチウムイオンLi+の拡散、および電解液でのリチウムイオンLi+の拡散がモデル化されている。これに対し、電池状態推定部300に適用される簡易化された電池モデルは、基礎的な電池モデルにおいて、電極厚さ方向の反応は一様であるとする仮定と、電極12,15でのリチウムイオンLi+の濃度は一定であるとする仮定の下で構成されている。 In the above-described basic battery model, lithium ion Li + in the reaction at the surface of the electrodes 12 and 15, the lithium ion Li + diffusion in the active material 18 of the electrodes 12, 15, and the lithium ion Li + diffusion in the electrolyte Has been modeled. On the other hand, the simplified battery model applied to the battery state estimation unit 300 is based on the assumption that the reaction in the electrode thickness direction is uniform in the basic battery model. It is configured under the assumption that the concentration of lithium ion Li + is constant.

電解液中のリチウムイオンLi+の濃度、すなわち電解液の塩濃度が十分に高い場合には、簡易化された電池モデルでの上記仮定を満足することはできる。電解液の塩濃度が十分に高い場合には、充放電によって電極内の電解液の塩濃度が変化したとしても、この塩濃度の変化が反応抵抗に及ぼす影響が小さい。したがって、電流密度I(t)を精度良く推定することができる。 If the lithium ion Li + concentration in the electrolyte, ie, the salt concentration of the electrolyte, is sufficiently high, the above assumptions in the simplified battery model can be satisfied. When the salt concentration of the electrolytic solution is sufficiently high, even if the salt concentration of the electrolytic solution in the electrode changes due to charge / discharge, the influence of the change in the salt concentration on the reaction resistance is small. Therefore, the current density I (t) can be estimated with high accuracy.

一方、簡易化された電池モデルでの上記仮定は、電極内の電解液の塩濃度が低い場合に生じる反応抵抗の上昇が考慮されていない。この反応抵抗の上昇を、ハイレート抵抗上昇という。このため、簡易化された電池モデルによって推定された電流密度I(t)と、電流センサ22による検出電流Ibに対応する電流密度との間には、誤差が生じる。この点を考慮すると、電流密度の誤差に基づいて、ハイレート抵抗上昇(指標)を推定することができる。例えば、電解液の塩濃度(リチウムイオン濃度)の拡散方程式を簡易化することにより、電極内の電解液における塩濃度変化は、下記式(32),(33)によって推定することができる。   On the other hand, the above assumption in the simplified battery model does not take into account the increase in reaction resistance that occurs when the salt concentration of the electrolyte in the electrode is low. This increase in reaction resistance is called high-rate resistance increase. For this reason, an error occurs between the current density I (t) estimated by the simplified battery model and the current density corresponding to the detected current Ib by the current sensor 22. Considering this point, it is possible to estimate the high-rate resistance increase (index) based on the current density error. For example, by simplifying the diffusion equation of the salt concentration (lithium ion concentration) of the electrolytic solution, the salt concentration change in the electrolytic solution in the electrode can be estimated by the following equations (32) and (33).

上記式(32),(33)において、ΔCeは、負極内における電解液の塩濃度と、正極内における電解液の塩濃度との差である(図7参照)。Deffは、電解液の有効拡散係数であり、εeは、電解液の体積分率であり、t+ 0はリチウムイオンLi+の輸率であり、Fはファラデー定数である。Δtは、電流密度の推定処理を行う時間間隔(時間刻み)であり、Δxは拡散距離(図7参照)である。Tは電池温度であり、I(t)は電流密度である。 In the above formulas (32) and (33), ΔCe is the difference between the salt concentration of the electrolytic solution in the negative electrode and the salt concentration of the electrolytic solution in the positive electrode (see FIG. 7). Deff is the effective diffusion coefficient of the electrolytic solution, εe is the volume fraction of the electrolytic solution, t + 0 is the transport number of lithium ion Li + , and F is the Faraday constant. Δt is a time interval (time increment) for performing the current density estimation process, and Δx is a diffusion distance (see FIG. 7). T is the battery temperature and I (t) is the current density.

例えば、二次電池10を放電するとき、塩濃度差ΔCeは、図7に示すように、負極での塩濃度の増加量と、正極での塩濃度の減少量との合計となる。塩濃度の増加量および減少量は、平均塩濃度に対する変化量である。   For example, when the secondary battery 10 is discharged, the salt concentration difference ΔCe is the sum of the amount of increase in the salt concentration at the negative electrode and the amount of decrease in the salt concentration at the positive electrode, as shown in FIG. The amount of increase and decrease in salt concentration is the amount of change with respect to the average salt concentration.

上記式(32),(33)によって推定された電極間での電解液の塩濃度差ΔCeと、電流推定誤差(Im−Ir)(Imは推定電流密度、Irは測定電流密度)との相関を図17に示す。図17によれば、塩濃度差ΔCeが大きくなるときに、電流推定誤差が大きくなる傾向がある。   Correlation between the salt concentration difference ΔCe of the electrolyte between the electrodes estimated by the above formulas (32) and (33) and the current estimation error (Im−Ir) (Im is the estimated current density and Ir is the measured current density) Is shown in FIG. According to FIG. 17, the current estimation error tends to increase when the salt concentration difference ΔCe increases.

したがって、塩濃度差ΔCeが大きいときの電流推定誤差(Im−Ir)の値を、ハイレート抵抗上昇量として利用することができる。ここで、塩濃度差ΔCeが大きいという条件としては、例えば、塩濃度差ΔCeの値が、予め設定された所定値以上であるという条件、または、塩濃度差ΔCeの値が、予め設定された所定範囲内に存在するという条件がある。本実施例では、推定電流密度Imおよび測定電流密度Irの差分を用いているが、これに限るものではなく、推定電流密度Imおよび測定電流密度Irの比を用いることもできる。   Therefore, the value of the current estimation error (Im−Ir) when the salt concentration difference ΔCe is large can be used as the high rate resistance increase amount. Here, as a condition that the salt concentration difference ΔCe is large, for example, a condition that the value of the salt concentration difference ΔCe is greater than or equal to a predetermined value set in advance, or a value of the salt concentration difference ΔCe is set in advance. There is a condition that it exists within a predetermined range. In this embodiment, the difference between the estimated current density Im and the measured current density Ir is used. However, the present invention is not limited to this, and the ratio of the estimated current density Im and the measured current density Ir can also be used.

塩濃度差ΔCeが大きい領域において電流推定誤差(Im−Ir)が発生するのは、電極内での電解液の塩濃度が低下することによって発生する電池抵抗の上昇分が、実際の二次電池10と電池モデルとで異なるからであると考えられる。一方、電池抵抗の上昇に起因する電圧変化量ΔVは、実際の二次電池10と電池モデルとで等しい。このため、実際に発現する電池抵抗の増加分をRrとし、電池モデルにおける電池抵抗の増加分をRmとすると、下記式(34)が成り立つ。   The current estimation error (Im-Ir) occurs in the region where the salt concentration difference ΔCe is large. The increase in the battery resistance caused by the decrease in the salt concentration of the electrolyte in the electrode is caused by the actual secondary battery. 10 and the battery model are considered to be different. On the other hand, the voltage change amount ΔV due to the increase in battery resistance is equal between the actual secondary battery 10 and the battery model. For this reason, the following equation (34) is established, where Rr is an increase in battery resistance that actually appears and Rm is an increase in battery resistance in the battery model.

本実施例では、上記式(34)に関連して、下記式(35)を定義する。   In this embodiment, the following formula (35) is defined in relation to the above formula (34).

ΔV(t1)は、二次電池10の電圧降下量を示す。Ir(t1)は、電流センサ22による検出電流Ibから得られた電流密度であり、Rr(t1)は、検出電流Ibが得られたときの電池抵抗である。Im(t1)は、電流推定部330によって推定された電流密度I(t)であり、Rm(t1)は、電流推定部330によって推定された電流密度I(t)に対応する電池抵抗である。Im(t0)は、二次電池10を放置することによってハイレート抵抗上昇が解消したときの電流密度であり、Rm(t0)は、電流密度Im(t0)に対応する電池抵抗である。   ΔV (t1) indicates a voltage drop amount of the secondary battery 10. Ir (t1) is the current density obtained from the detected current Ib by the current sensor 22, and Rr (t1) is the battery resistance when the detected current Ib is obtained. Im (t1) is a current density I (t) estimated by the current estimation unit 330, and Rm (t1) is a battery resistance corresponding to the current density I (t) estimated by the current estimation unit 330. . Im (t0) is a current density when the high-rate resistance increase is eliminated by leaving the secondary battery 10 left, and Rm (t0) is a battery resistance corresponding to the current density Im (t0).

上記式(35)において、下記式(36)の関係が成り立つ。   In the above equation (35), the relationship of the following equation (36) is established.

上記式(36)において、電池抵抗Rm(t1)には、ハイレート抵抗上昇量が含まれる可能性があり、電池抵抗Rm(t1)は、ハイレート抵抗上昇が発生していないときの電池抵抗Rm(t0)よりも高くなる。   In the above formula (36), the battery resistance Rm (t1) may include a high rate resistance increase amount, and the battery resistance Rm (t1) is the battery resistance Rm ( higher than t0).

上記式(M1f)によれば、上記式(35)は、下記式(37)で表すことができる。   According to the above formula (M1f), the above formula (35) can be expressed by the following formula (37).

上記式(37)において、ハイレート抵抗上昇に影響を与えない成分に関する値(I×Rd)は省略する。また、温度T(t0)を温度T(t1)と仮定する。このように仮定すると、上記式(37)は、下記式(38)で表される。   In the above equation (37), the value (I × Rd) relating to the component that does not affect the increase in the high-rate resistance is omitted. Further, it is assumed that the temperature T (t0) is the temperature T (t1). Assuming this, the equation (37) is expressed by the following equation (38).

上記式(38)は、下記式(39)に変形することができる。   The above equation (38) can be transformed into the following equation (39).

上記式(39)によれば、抵抗変化率gr(t1),gr(t0)を算出しておき、電流推定部330によって電流密度I(t1)を推定すれば、ハイレート抵抗上昇が発生していないときの電流密度I(t0)を推定することができる。   According to the above equation (39), if the resistance change rates gr (t1) and gr (t0) are calculated and the current density I (t1) is estimated by the current estimation unit 330, a high-rate resistance increase has occurred. The current density I (t0) when there is no current can be estimated.

二次電池10の劣化は、摩耗劣化およびハイレート劣化に分けることができる。したがって、ハイレート抵抗上昇量ΔRhは、下記式(40)で示すように、ハイレート劣化および摩耗劣化が発生した二次電池10の抵抗Rrと、摩耗劣化だけが発生した二次電池10の抵抗Rsとの差分に相当する。   The deterioration of the secondary battery 10 can be divided into wear deterioration and high rate deterioration. Therefore, as shown by the following formula (40), the high rate resistance increase amount ΔRh includes the resistance Rr of the secondary battery 10 in which high rate deterioration and wear deterioration have occurred, and the resistance Rs of the secondary battery 10 in which only wear deterioration has occurred. It is equivalent to the difference.

上記式(40)の両辺に電池電流Irを掛ければ、下記式(41)に示すように、ハイレート抵抗上昇による電圧降下量ΔVhrを算出することができる。   When the battery current Ir is multiplied by both sides of the above formula (40), the voltage drop amount ΔVhr due to the high rate resistance rise can be calculated as shown in the following formula (41).

推定電流密度Imから算出される推定抵抗Rmについて、ハイレート抵抗上昇の影響が小さく、無視できるものと過程すると、抵抗Rsは、推定抵抗Rmと見なすことができる。このため、上記式(40),(41)は、下記式(42),(43)で表される。   Assuming that the estimated resistance Rm calculated from the estimated current density Im is small and can be ignored, the resistance Rs can be regarded as the estimated resistance Rm. Therefore, the above formulas (40) and (41) are expressed by the following formulas (42) and (43).

一方、ハイレート抵抗上昇は、推定電流Imおよび測定電流Irの誤差として観察できるため、ハイレート抵抗上昇に伴う電圧降下量ΔVhmは、下記式(44)で表される。   On the other hand, since the increase in the high-rate resistance can be observed as an error between the estimated current Im and the measurement current Ir, the voltage drop amount ΔVhm accompanying the increase in the high-rate resistance is expressed by the following formula (44).

上記式(44)において、ΔIは、電流推定誤差である。   In the above equation (44), ΔI is a current estimation error.

測定値としての電圧降下量ΔVhrと、推定値としての電圧降下量ΔVhmとが等しいと仮定すると、上記式(42)〜(44)から下記式(45)が得られる。   Assuming that the voltage drop amount ΔVhr as the measured value is equal to the voltage drop amount ΔVhm as the estimated value, the following equation (45) is obtained from the above equations (42) to (44).

上記式(45)から下記式(46)が得られる。   The following formula (46) is obtained from the above formula (45).

また、上記式(35)を用いれば、ハイレート抵抗上昇量ΔRh(t1)を、下記式(47)で表すことができる。   Moreover, if the said Formula (35) is used, high rate resistance raise amount (DELTA) Rh (t1) can be represented by a following formula (47).

上記式(47)に含まれる補正係数ξは、下記式(48)で表される。   The correction coefficient ξ included in the equation (47) is expressed by the following equation (48).

上記式(48)によれば、抵抗変化率gr(t1), gr(t0)と、電流推定部330によって推定された電流密度Im(t1)とに基づいて、ハイレート抵抗上昇が発生していないときの電流密度Im(t0)を算出することができる。電流密度Im(t0)を算出すれば、上記式(35)に基づいて、電池抵抗Rm(t0)を算出(推定)することができる。すなわち、電圧降下量ΔV(t1)を電流密度Im(t0)で除算すれば、電池抵抗Rm(t0)を算出することができる。   According to the above equation (48), no high-rate resistance increase has occurred based on the resistance change rates gr (t1), gr (t0) and the current density Im (t1) estimated by the current estimation unit 330. Current density Im (t0). If the current density Im (t0) is calculated, the battery resistance Rm (t0) can be calculated (estimated) based on the above equation (35). That is, the battery resistance Rm (t0) can be calculated by dividing the voltage drop amount ΔV (t1) by the current density Im (t0).

電流密度Im(t0)および電池抵抗Rm(t0)を算出できれば、上記式(47)を用いて、ハイレート抵抗上昇量ΔRh(t1)を算出することができる。   If the current density Im (t0) and the battery resistance Rm (t0) can be calculated, the high rate resistance increase ΔRh (t1) can be calculated using the above equation (47).

一方、下記式(49)に示すように、ハイレート抵抗上昇率γを定義することができる。ハイレート抵抗上昇率γは、ハイレート抵抗上昇を評価するために用いることができる。   On the other hand, as shown in the following formula (49), the high rate resistance increase rate γ can be defined. The high rate resistance increase rate γ can be used to evaluate the high rate resistance increase.

ハイレート抵抗上昇率γを用いてハイレート抵抗上昇を評価する方法としては、例えば、許容値γlimを設定しておき、ハイレート抵抗上昇率γが許容値γlimを超えているときに、ハイレート抵抗上昇が発生していると判定することができる。許容値γlimは、ハイレート抵抗上昇量ΔRh(t1)と、ハイレート抵抗上昇が発生していないときの電池抵抗Rm(t0)とに基づいて設定される。電池抵抗Rm(t0)は、摩耗劣化による抵抗に相当する。ここで、二次電池10の寿命を考慮して、摩耗劣化による抵抗と、ハイレート抵抗上昇量ΔRh(t1)とを予め決めておけば、許容値γlimを設定することができる。   As a method for evaluating the high rate resistance increase using the high rate resistance increase rate γ, for example, an allowable value γlim is set, and when the high rate resistance increase rate γ exceeds the allowable value γlim, a high rate resistance increase occurs. Can be determined. The allowable value γlim is set based on the high rate resistance increase amount ΔRh (t1) and the battery resistance Rm (t0) when no high rate resistance increase occurs. Battery resistance Rm (t0) corresponds to resistance due to wear deterioration. Here, in consideration of the life of the secondary battery 10, if the resistance due to wear deterioration and the high rate resistance increase ΔRh (t1) are determined in advance, the allowable value γlim can be set.

また、ハイレート抵抗上昇率γが許容値γlimを超えているときには、ハイレート抵抗上昇による劣化が発生していると判定することができる。ハイレート抵抗上昇による劣化が発生しているときには、二次電池10の入出力を制限することができる。二次電池10の入出力を制限する場合としては、電圧、電流および電力のうち、少なくとも1つの制御パラメータを制限することができる。入出力を制限する方法については、周知であるため、詳細な説明は省略する。   Further, when the high rate resistance increase rate γ exceeds the allowable value γlim, it can be determined that the deterioration due to the high rate resistance increase has occurred. When deterioration due to the increase in the high-rate resistance occurs, the input / output of the secondary battery 10 can be limited. As a case where input / output of the secondary battery 10 is restricted, at least one control parameter can be restricted among voltage, current, and power. Since the method of restricting input / output is well known, detailed description thereof is omitted.

一方、解消値γaを設定しておくことにより、ハイレート抵抗上昇が解消されているか否かを判別することもできる。解消値γaは、許容値γlimよりも低い値であり、予め定めておくことができる。   On the other hand, by setting the cancellation value γa, it can also be determined whether or not the increase in the high-rate resistance has been canceled. The cancellation value γa is a value lower than the allowable value γlim, and can be determined in advance.

上記式(49)に示すように、ハイレート抵抗上昇率γを定義することにより、電流密度Im(t1),Ir(t1)を取得するだけで、ハイレート抵抗上昇率γを算出することができ、ハイレート抵抗上昇量ΔRhを算出する場合と比べて、演算負荷を低減することができる。   As shown in the above equation (49), by defining the high rate resistance increase rate γ, the high rate resistance increase rate γ can be calculated simply by obtaining the current densities Im (t1) and Ir (t1). Compared with the case of calculating the high rate resistance increase amount ΔRh, the calculation load can be reduced.

次に、電池状態推定部300の処理について、図18に示すフローチャートを用いて説明する。図18に示す処理は、所定の周期で実行される。   Next, the process of the battery state estimation part 300 is demonstrated using the flowchart shown in FIG. The process shown in FIG. 18 is executed at a predetermined cycle.

電池状態量推定部300は、ステップS301において、監視ユニット21の出力に基づいて電池電圧Vbを取得し、ステップS302において、温度センサ23の出力に基づいて電池温度Tbを取得する。   The battery state quantity estimation unit 300 acquires the battery voltage Vb based on the output of the monitoring unit 21 in step S301, and acquires the battery temperature Tb based on the output of the temperature sensor 23 in step S302.

ステップS303において、電池状態推定部300(拡散推定部310)は、上記式(M2b)を用いた前回の演算時におけるリチウム濃度分布に基づき、局所SOCθを算出する。ステップS304において、電池状態推定部300(開放電圧推定部320)は、ステップS303で得られた局所SOCθから、開放電圧U(θ)を算出する。   In step S303, battery state estimation unit 300 (diffusion estimation unit 310) calculates local SOC θ based on the lithium concentration distribution at the time of the previous calculation using equation (M2b). In step S304, battery state estimation unit 300 (open voltage estimation unit 320) calculates open voltage U (θ) from local SOC θ obtained in step S303.

ステップS305において、電池状態推定部300(電流推定部330)は、上記式(M1f)を用いて、電流密度Im(t)を算出(推定)する。推定電流密度Im(t)は、電池電圧Vbと、ステップS304で得られた開放電圧U(θ)と、パラメータ設定部340で設定されたパラメータ値とを、上記式(M3a)に代入することによって得られる。   In step S305, the battery state estimation unit 300 (current estimation unit 330) calculates (estimates) the current density Im (t) using the above formula (M1f). For the estimated current density Im (t), the battery voltage Vb, the open circuit voltage U (θ) obtained in step S304, and the parameter value set by the parameter setting unit 340 are substituted into the above equation (M3a). Obtained by.

推定電流密度Im(t)(Im(t1)と同じ)が得られれば、上記式(35)を用いて、推定抵抗Rm(t1)を算出することができる。また、抵抗変化率算出部360は、電流センサ22による検出電流Ibおよび上記式(31)を用いることにより、抵抗変化率grを算出する。具体的には、上記式(31)において、開放電圧U(θ)として、開放電圧推定部320が推定した値を用い、電圧V(t)として、監視ユニット21から取得した電池電圧Vbを用いることができる。また、電池温度Tb、局所SOCθおよび抵抗Ranの関係を示すマップを用いることにより、電池温度Tbおよび局所SOCθから抵抗Ranを特定することができる。電流密度I(t)としては、電流センサ22による検出電流Ibから特定される電流密度I(t)を用いることができる。   If the estimated current density Im (t) (same as Im (t1)) is obtained, the estimated resistance Rm (t1) can be calculated using the above equation (35). The resistance change rate calculation unit 360 calculates the resistance change rate gr by using the detected current Ib from the current sensor 22 and the above equation (31). Specifically, in the above formula (31), the value estimated by the open-circuit voltage estimation unit 320 is used as the open-circuit voltage U (θ), and the battery voltage Vb acquired from the monitoring unit 21 is used as the voltage V (t). be able to. Further, the resistance Ran can be specified from the battery temperature Tb and the local SOC θ by using a map showing the relationship between the battery temperature Tb, the local SOC θ and the resistance Ran. As the current density I (t), the current density I (t) specified from the detection current Ib by the current sensor 22 can be used.

ステップS306において、電池状態推定部300(境界条件設定部350)は、ステップS305で得られた推定電流密度I(t)から反応電流密度(リチウム生成量)jj Liを算出する。また、電池状態推定部300(境界条件設定部350)は、算出した反応電流密度を用いて、上記式(M2b)の活物質界面における境界条件(活物質界面)を設定する。 In step S306, the battery state estimation unit 300 (boundary condition setting unit 350) calculates the reaction current density (lithium generation amount) j j Li from the estimated current density I (t) obtained in step S305. Moreover, the battery state estimation part 300 (boundary condition setting part 350) sets the boundary condition (active material interface) in the active material interface of said Formula (M2b) using the calculated reaction current density.

ステップS307において、電池状態推定部300(拡散推定部310)は、上記式(M2b)を用いて、活物質モデルの内部におけるリチウムイオン濃度分布を算出し、各領域におけるリチウムイオン濃度の推定値を更新する。ここで、最外周の分割領域におけるリチウムイオン濃度(更新値)は、図18に示す処理を次回行うときに、ステップS303における局所SOCθの算出に用いられる。   In step S307, the battery state estimation unit 300 (diffusion estimation unit 310) calculates the lithium ion concentration distribution inside the active material model using the above formula (M2b), and calculates the estimated value of the lithium ion concentration in each region. Update. Here, the lithium ion concentration (updated value) in the outermost peripheral region is used for calculating the local SOC θ in step S303 when the process shown in FIG. 18 is performed next time.

次に、抵抗変化率grの学習処理について、図19に示すフローチャートを用いて説明する。図19に示す処理は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったときに、判定部370によって行われる。   Next, the learning process of the resistance change rate gr will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The process illustrated in FIG. 19 is performed by the determination unit 370 when the ignition switch is switched from off to on.

ステップS401において、判定部370は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったタイミングから、タイマ371を用いた時間t2の計測を行う。ステップS402において、判定部370は、ステップS401で取得した計測時間t2が許容時間taを超えていないか否かを判別する。許容時間taとは、ハイレート抵抗上昇の影響を無視できる時間であり、予め設定することができる。イグニッションスイッチがオンになった直後の時間帯では、ハイレート抵抗上昇が発生しにくい状況にあるため、この時間帯を許容時間taとして設定する。許容時間taに関する情報は、予めメモリ30aに記憶しておくことができ、判定部370は、許容時間taに関する情報をメモリ30aから読み出すことができる。   In step S401, the determination unit 370 measures the time t2 using the timer 371 from the timing when the ignition switch is switched from OFF to ON. In step S402, the determination unit 370 determines whether or not the measurement time t2 acquired in step S401 exceeds the allowable time ta. The allowable time ta is a time during which the influence of the high-rate resistance rise can be ignored, and can be set in advance. In the time zone immediately after the ignition switch is turned on, it is difficult for the high-rate resistance to increase, so this time zone is set as the allowable time ta. Information regarding the allowable time ta can be stored in the memory 30a in advance, and the determination unit 370 can read information regarding the allowable time ta from the memory 30a.

計測時間t2が許容時間taよりも短いとき、判定部370は、ステップS403において、抵抗変化率算出部360によって算出された抵抗変化率gr(t0)を記憶部380に記憶する。判定部370は、抵抗変化率算出部360から抵抗変化率grを取得しており、計測時間t2が許容時間taよりも短いときには、抵抗変化率算出部360から取得した抵抗変化率grを記憶部380に記憶する。   When the measurement time t2 is shorter than the allowable time ta, the determination unit 370 stores the resistance change rate gr (t0) calculated by the resistance change rate calculation unit 360 in the storage unit 380 in step S403. The determination unit 370 acquires the resistance change rate gr from the resistance change rate calculation unit 360. When the measurement time t2 is shorter than the allowable time ta, the determination unit 370 stores the resistance change rate gr acquired from the resistance change rate calculation unit 360. Store in 380.

計測時間t2が許容時間taよりも長いとき、判定部370は、抵抗変化率grを記憶部380には記憶させずに、本処理を終了する。計測時間t2が許容時間taよりも長いとき、抵抗変化率算出部360によって算出された抵抗変化率gr(t1)は、抵抗上昇量推定部390に出力される。   When the measurement time t2 is longer than the allowable time ta, the determination unit 370 ends the process without storing the resistance change rate gr in the storage unit 380. When the measurement time t2 is longer than the allowable time ta, the resistance change rate gr (t1) calculated by the resistance change rate calculation unit 360 is output to the resistance increase amount estimation unit 390.

図4のステップS101における処理において、コントローラ30(判定部370)は、記憶部380に記憶された抵抗変化率gr(t0)を取得する。記憶部380には、直近に取得された抵抗変化率gr(t0)が記憶されており、判定部370は、直近の抵抗変化率gr(t0)を取得することができる。記憶部380に記憶された抵抗変化率gr(t0)は、ハイレート劣化が解消されているときの抵抗変化率であるため、抵抗変化率gr(t0)から摩耗劣化量ΔRaを算出することができる。   In the process in step S101 of FIG. 4, the controller 30 (determination unit 370) acquires the resistance change rate gr (t0) stored in the storage unit 380. The storage unit 380 stores the latest resistance change rate gr (t0) acquired, and the determination unit 370 can acquire the latest resistance change rate gr (t0). Since the resistance change rate gr (t0) stored in the storage unit 380 is the resistance change rate when the high-rate deterioration is eliminated, the wear deterioration amount ΔRa can be calculated from the resistance change rate gr (t0). .

ここで、抵抗変化率gr(t0)から摩耗劣化量ΔRaを算出する方法(図4のステップS102の処理)について説明する。上記式(M1f)によれば、二次電池10の抵抗Rmは、下記式(50)で表される。   Here, a method of calculating the wear deterioration amount ΔRa from the resistance change rate gr (t0) (processing in step S102 in FIG. 4) will be described. According to the above formula (M1f), the resistance Rm of the secondary battery 10 is represented by the following formula (50).

上記式(50)に示す抵抗変化率grとして、ハイレート劣化が解消しているときの抵抗変化率gr(t0)を用いれば、ハイレート劣化が解消された抵抗Rm(t0)を算出することができる。抵抗Rm(t0)には、初期抵抗Riniが含まれているため、下記式(51)に示すように、抵抗Rm(t0)から初期抵抗Riniを減算することにより、摩耗劣化量ΔRaを算出することができる。   By using the resistance change rate gr (t0) when the high rate deterioration is eliminated as the resistance change rate gr shown in the above equation (50), the resistance Rm (t0) where the high rate degradation is eliminated can be calculated. . Since the resistance Rm (t0) includes the initial resistance Rini, the wear deterioration amount ΔRa is calculated by subtracting the initial resistance Rini from the resistance Rm (t0) as shown in the following equation (51). be able to.

ここで、上記式(50)に示すように、抵抗Rmは、温度および局所SOCθに依存するため、摩耗劣化量ΔRaを算出するときには、抵抗Rm(t0)および初期抵抗Riniにおいて、温度およびSOCを揃えることが好ましい。摩耗劣化量ΔRaを算出すれば、図4を用いて説明したように、ハイレート劣化許容量ΔRhlimを算出したり、解消時間τlimを算出したりすることができる。   Here, as shown in the above formula (50), the resistance Rm depends on the temperature and the local SOC θ. Therefore, when calculating the wear deterioration amount ΔRa, the temperature and the SOC are set in the resistance Rm (t0) and the initial resistance Rini. It is preferable to align. If the wear deterioration amount ΔRa is calculated, as described with reference to FIG. 4, the high rate deterioration allowable amount ΔRhlim can be calculated, or the elimination time τlim can be calculated.

一方、抵抗上昇量推定部390は、記憶部380に記憶された抵抗変化率gr(t0)と、抵抗変化率算出部360から得られた抵抗変化率gr(t1)とを上記式(48)に代入することにより、補正係数ξを算出する。また、抵抗上昇量推定部390は、上記式(48)を用いて、補正係数ξおよび推定電流密度Im(t1)から推定電流密度Im(t0)を算出する。推定電流密度Im(t0)を算出すれば、上記式(35)から、推定抵抗Rm(t0)を算出することができる。   On the other hand, the resistance increase amount estimation unit 390 calculates the resistance change rate gr (t0) stored in the storage unit 380 and the resistance change rate gr (t1) obtained from the resistance change rate calculation unit 360 from the above equation (48). By substituting into, the correction coefficient ξ is calculated. Further, the resistance increase amount estimation unit 390 calculates the estimated current density Im (t0) from the correction coefficient ξ and the estimated current density Im (t1) using the above equation (48). If the estimated current density Im (t0) is calculated, the estimated resistance Rm (t0) can be calculated from the above equation (35).

抵抗上昇量推定部390は、上記式(47)を用いて、ハイレート抵抗上昇量ΔRh(t1)を算出する。具体的には、上記式(47)に対して、測定電流密度Ir(t1)、推定電流密度Im(t1)、補正係数ξおよび推定抵抗Rm(t0)を代入することにより、ハイレート抵抗上昇量ΔRh(t1)を算出することができる。   The resistance increase amount estimation unit 390 calculates the high rate resistance increase amount ΔRh (t1) using the above equation (47). Specifically, the amount of increase in the high-rate resistance is calculated by substituting the measured current density Ir (t1), the estimated current density Im (t1), the correction coefficient ξ, and the estimated resistance Rm (t0) into the equation (47). ΔRh (t1) can be calculated.

本実施例によれば、上記式(47)を用いることにより、二次電池10の抵抗上昇量Rrに含まれるハイレート抵抗上昇量ΔRhを特定することができる。ここで、上記式(42)又は(47)によれば、ハイレート抵抗上昇が発生していないときの電池抵抗Rmを用いているが、電池抵抗Rmにハイレート抵抗上昇量が含まれているおそれもある。   According to the present embodiment, the high rate resistance increase amount ΔRh included in the resistance increase amount Rr of the secondary battery 10 can be specified by using the formula (47). Here, according to the above formula (42) or (47), the battery resistance Rm when no increase in the high-rate resistance occurs is used, but there is a possibility that the battery resistance Rm includes the amount of increase in the high-rate resistance. is there.

そこで、本実施例では、補正係数ξを用いることにより、ハイレート抵抗上昇が発生していないときの電流密度Im(t0)や抵抗Rm(t0)を特定することができ、ハイレート抵抗上昇量ΔRhの推定精度を向上させることができる。具体的には、ハイレート抵抗上昇が発生していないときの抵抗変化率grと、ハイレート抵抗上昇が発生しているときの抵抗変化率grとの比率(補正係数ξ)を用いることにより、電流密度Im(t1)や電池抵抗Rm(t1)を、ハイレート抵抗上昇が発生していないときの電流密度Im(t0)や電池抵抗Rm(t0)に変換することができる。   Therefore, in this embodiment, by using the correction coefficient ξ, the current density Im (t0) and the resistance Rm (t0) when the high rate resistance increase does not occur can be specified, and the high rate resistance increase amount ΔRh can be specified. The estimation accuracy can be improved. Specifically, by using the ratio (correction coefficient ξ) between the resistance change rate gr when the high rate resistance increase does not occur and the resistance change rate gr when the high rate resistance increase occurs, the current density is obtained. Im (t1) and battery resistance Rm (t1) can be converted into current density Im (t0) and battery resistance Rm (t0) when no high-rate resistance increase occurs.

本実施例では、Imを推定電流密度とし、Irを測定電流密度としたが、これに限るものではない。推定された電流密度に電極表面積を乗算して得られる電流値をImとし、測定電流値をIrとすることもできる。   In this embodiment, Im is the estimated current density and Ir is the measured current density, but the present invention is not limited to this. The current value obtained by multiplying the estimated current density by the electrode surface area may be Im, and the measured current value may be Ir.

本実施例では、抵抗変化率gr(t1)、gr(t0)を用いて補正係数ξを算出しているが、これに限るものではない。下記式(52)に示すように、抵抗変化率および容量維持率を用いて補正係数ξを算出することもできる。   In this embodiment, the correction coefficient ξ is calculated using the resistance change rates gr (t1) and gr (t0), but the present invention is not limited to this. As shown in the following formula (52), the correction coefficient ξ can also be calculated using the resistance change rate and the capacity maintenance rate.

容量維持率は、劣化状態にある単極の容量を、初期状態にある単極の容量で除算した値である。二次電池が劣化したとき、単極の容量は、初期状態の容量よりも減少する。   The capacity maintenance ratio is a value obtained by dividing the capacity of a single electrode in a deteriorated state by the capacity of a single electrode in an initial state. When the secondary battery deteriorates, the capacity of the single electrode is reduced from the capacity in the initial state.

正極の容量維持率k1は、下記式(53)で表される。   The capacity retention rate k1 of the positive electrode is represented by the following formula (53).

ここで、Q1_iniは、二次電池10が初期状態にあるときの正極15の容量であり、実験などによって予め特定しておくことができる。ΔQ1は、正極15の容量が劣化に伴って減少する量である。容量維持率k1は、劣化後の満充電容量を、初期状態の満充電容量と比較することによって算出することができる。   Here, Q1_ini is the capacity of the positive electrode 15 when the secondary battery 10 is in the initial state, and can be specified in advance through experiments or the like. ΔQ1 is an amount by which the capacity of the positive electrode 15 decreases with deterioration. The capacity maintenance ratio k1 can be calculated by comparing the full charge capacity after deterioration with the full charge capacity in the initial state.

負極の容量維持率k2は、下記式(54)で表される。   The capacity retention rate k2 of the negative electrode is represented by the following formula (54).

ここで、Q2_iniは、二次電池10が初期状態にあるときの負極12の容量であり、実験などによって予め特定しておくことができる。ΔQ2は、負極12の容量が劣化に伴って減少する量である。容量維持率k2は、劣化後の満充電容量を、初期状態の満充電容量と比較することによって算出することができる。   Here, Q2_ini is the capacity of the negative electrode 12 when the secondary battery 10 is in the initial state, and can be specified in advance by experiments or the like. ΔQ2 is an amount by which the capacity of the negative electrode 12 decreases with deterioration. The capacity maintenance rate k2 can be calculated by comparing the full charge capacity after deterioration with the full charge capacity in the initial state.

上記式(52)に示す容量維持率kについては、正極15および負極12の少なくとも一方における容量維持率を考慮することができる。一方、容量維持率kを考慮するとき、上記式(50)は、下記式(55)で表すことができる。   Regarding the capacity retention ratio k shown in the above formula (52), the capacity retention ratio in at least one of the positive electrode 15 and the negative electrode 12 can be considered. On the other hand, when considering the capacity retention ratio k, the above equation (50) can be expressed by the following equation (55).

上記式(55)において、抵抗変化率grとして、ハイレート劣化が解消されたときに得られた抵抗変化率gr(t0)を用い、容量維持率kとして、抵抗変化率gr(t0)を取得したときの容量維持率を用いれば、ハイレート劣化が解消されたときの二次電池10の抵抗Rmや摩耗劣化量ΔRaを求めることができる。   In the above formula (55), the resistance change rate gr (t0) obtained when the high-rate deterioration was eliminated as the resistance change rate gr, and the resistance change rate gr (t0) was obtained as the capacity maintenance rate k. If the capacity retention ratio at the time is used, the resistance Rm and the wear deterioration amount ΔRa of the secondary battery 10 when the high rate deterioration is eliminated can be obtained.

上記式(50)によれば、抵抗変化率gr(t0)を学習しなければ、抵抗Rm(t0)や摩耗劣化量ΔRaを算出することができない。抵抗変化率grは、ハイレート劣化に依存するため、ハイレート劣化が解消された状態でなければ、抵抗変化率gr(t0)に基づいて、抵抗Rm(t0)や摩耗劣化量ΔRaを算出することができない。一方、容量維持率kは、ハイレート劣化に依存せず、摩耗劣化に依存するため、ハイレート劣化が解消されていなくても、摩耗劣化に対応した容量維持率kを学習することができる。   According to the above equation (50), the resistance Rm (t0) and the wear deterioration amount ΔRa cannot be calculated unless the resistance change rate gr (t0) is learned. Since the resistance change rate gr depends on the high rate deterioration, if the high rate deterioration is not eliminated, the resistance Rm (t0) and the wear deterioration amount ΔRa can be calculated based on the resistance change rate gr (t0). Can not. On the other hand, the capacity maintenance rate k does not depend on the high rate deterioration but depends on the wear deterioration. Therefore, even if the high rate deterioration is not eliminated, the capacity maintenance rate k corresponding to the wear deterioration can be learned.

そこで、上記式(55)によれば、抵抗変化率gr(t0)を学習できなくても、容量維持率kを学習することにより、容量維持率kを反映させた抵抗Rmを算出することができる。これにより、上記式(55),(51)から算出される摩耗劣化量ΔRaを、上記式(50),(51)から算出される摩耗劣化量ΔRaよりも、実際の摩耗劣化量に近づけることができ、摩耗劣化量ΔRaの推定精度を向上させることができる。   Therefore, according to the above equation (55), even if the resistance change rate gr (t0) cannot be learned, the resistance Rm reflecting the capacity maintenance rate k can be calculated by learning the capacity maintenance rate k. it can. Thereby, the wear deterioration amount ΔRa calculated from the above equations (55) and (51) is made closer to the actual wear deterioration amount than the wear deterioration amount ΔRa calculated from the above equations (50) and (51). Thus, the estimation accuracy of the wear deterioration amount ΔRa can be improved.

ここで、摩耗劣化が進行するほど、容量維持率kが低下するため、上記式(55)によれば、容量維持率kの低下に応じて、抵抗Rmや摩耗劣化量ΔRaが増加することになる。上述したように、摩耗劣化量ΔRaが増加すれば、解消時間τlimが短くなるため、容量維持率kの低下に応じて、解消時間τlimが短くなる。   Here, as the wear deterioration progresses, the capacity retention rate k decreases. Therefore, according to the above formula (55), the resistance Rm and the wear deterioration amount ΔRa increase according to the decrease in the capacity retention rate k. Become. As described above, if the wear deterioration amount ΔRa is increased, the elimination time τlim is shortened. Therefore, the elimination time τlim is shortened as the capacity maintenance rate k is decreased.

ここで、容量維持率k1,k2を推定する方法について説明する。   Here, a method for estimating the capacity maintenance rates k1 and k2 will be described.

二次電池10の摩耗劣化については、2つの現象を考慮することができる。2つの現象は、正極および負極での単極容量の減少と、正極および負極の間における組成の対応ずれである。単極容量の減少とは、正極および負極のそれぞれにおけるリチウムイオンの受け入れ能力の減少を示している。リチウムイオンの受け入れ能力が減少していることは、充放電に有効に機能する活物質等が減少していることを意味している。   Regarding the wear deterioration of the secondary battery 10, two phenomena can be considered. The two phenomena are a decrease in single electrode capacity at the positive electrode and the negative electrode, and a corresponding shift in composition between the positive electrode and the negative electrode. The decrease in single electrode capacity indicates a decrease in lithium ion acceptance ability in each of the positive electrode and the negative electrode. A decrease in lithium ion acceptance capacity means a decrease in active materials and the like that function effectively for charge and discharge.

図20に示す開放電位は、二次電池10が初期状態(劣化していない状態)にあるときの正極開放電位U11および負極開放電位U21と、二次電池10が劣化状態にあるときの正極開放電位U11および負極開放電位U21とを示す。図20では、単極容量の減少による単極開放電位の変化を模式的に示している。   The open potential shown in FIG. 20 includes the positive electrode open potential U11 and the negative electrode open potential U21 when the secondary battery 10 is in the initial state (the state in which the secondary battery 10 is not deteriorated), and the positive electrode open when the secondary battery 10 is in the deteriorated state. The potential U11 and the negative electrode open potential U21 are shown. FIG. 20 schematically shows a change in the unipolar open potential due to a decrease in the unipolar capacity.

図20において、正極容量の軸におけるQ_L1は、二次電池10の初期状態において、図15Aに示す局所SOCのθに対応する容量である。Q_H11は、二次電池10の初期状態において、図15Aに示す局所SOCのθHに対応する容量である。また、負極容量の軸におけるQ_L2は、二次電池10の初期状態において、図15Bに示す局所SOCのθLに対応する容量であり、Q_H21は、二次電池10の初期状態において、図15Bの局所SOCθHに対応する容量である。 In Figure 20, Q_L1 in the axis of the positive electrode capacity in the initial state of the secondary battery 10, a capacity corresponding to theta L local SOC shown in FIG. 15A. Q_H11 is a capacity corresponding to θ H of the local SOC shown in FIG. 15A in the initial state of the secondary battery 10. Further, Q_L2 on the axis of the negative electrode capacity is a capacity corresponding to θ L of the local SOC shown in FIG. 15B in the initial state of the secondary battery 10, and Q_H21 is in the initial state of the secondary battery 10 in FIG. 15B. This is the capacity corresponding to the local SOC θ H.

正極において、リチウムイオンの受け入れ能力が低下すると、局所SOCθに対応する容量は、Q_H11からQ_H12に変化する。また、負極において、リチウムイオンの受け入れ能力が低下すると、局所SOCθに対応する容量は、Q_H21からQ_H22に変化する。   In the positive electrode, when the capacity for receiving lithium ions decreases, the capacity corresponding to the local SOC θ changes from Q_H11 to Q_H12. Further, when the lithium ion receiving ability is reduced in the negative electrode, the capacity corresponding to the local SOC θ changes from Q_H21 to Q_H22.

二次電池10が劣化しても、局所SOCθ1および正極開放電位U1の関係(図15Aに示す関係)は変化しない。このため、局所SOCθ1および正極開放電位U1の関係を、正極容量および正極開放電位の関係に変換すると、図20に示すように、正極容量および正極開放電位の関係を示す曲線は、二次電池10が劣化した分だけ、初期状態の曲線に対して縮んだ状態となる。   Even if the secondary battery 10 deteriorates, the relationship between the local SOC θ1 and the positive electrode open potential U1 (the relationship shown in FIG. 15A) does not change. Therefore, when the relationship between the local SOC θ1 and the positive electrode open potential U1 is converted into the relationship between the positive electrode capacity and the positive electrode open potential, a curve indicating the relationship between the positive electrode capacity and the positive electrode open potential is shown in FIG. Therefore, the amount of the deterioration is reduced with respect to the initial curve.

また、局所SOCθ2および負極開放電位U2の関係を、負極容量および負極開放電位の関係に変換すると、図20に示すように、負極容量および負極開放電位の関係を示す曲線は、二次電池10が劣化した分だけ、初期状態の曲線に対して縮んだ状態となる。   Also, when the relationship between the local SOC θ2 and the negative electrode open potential U2 is converted into the relationship between the negative electrode capacity and the negative electrode open potential, a curve indicating the relationship between the negative electrode capacity and the negative electrode open potential is shown in FIG. The amount of deterioration is reduced with respect to the initial curve.

図21には、正極および負極の間における組成対応のずれを模式的に示している。組成対応のずれとは、正極および負極の組を用いて充放電を行うときに、正極の組成(θ1)および負極の組成(θ2)の組み合わせが、二次電池10の初期状態に対してずれていることを示すものである。   FIG. 21 schematically shows a shift in composition correspondence between the positive electrode and the negative electrode. The deviation corresponding to the composition means that the combination of the composition of the positive electrode (θ1) and the composition of the negative electrode (θ2) is deviated from the initial state of the secondary battery 10 when charging and discharging are performed using the pair of the positive electrode and the negative electrode. It shows that it is.

単極の組成θ1,θ2および開放電位U1,U2の関係を示す曲線は、図15Aおよび図15Bに示した曲線と同様である。ここで、二次電池10が劣化すると、負極組成θ2の軸は、正極組成θ1が小さくなる方向にΔθ2だけシフトする。これにより、負極組成θ2および負極開放電位U2の関係を示す曲線は、初期状態の曲線に対して、Δθ2の分だけ、正極組成θ1が小さくなる方向にシフトする。   The curves showing the relationship between the monopolar compositions θ1 and θ2 and the open circuit potentials U1 and U2 are the same as the curves shown in FIGS. 15A and 15B. Here, when the secondary battery 10 deteriorates, the axis of the negative electrode composition θ2 shifts by Δθ2 in the direction in which the positive electrode composition θ1 decreases. As a result, the curve indicating the relationship between the negative electrode composition θ2 and the negative electrode open-circuit potential U2 shifts in the direction in which the positive electrode composition θ1 becomes smaller than the curve in the initial state by Δθ2.

正極の組成θ1fixに対応する負極の組成は、二次電池10が初期状態にあるときには「θ2fix_ini」となるが、二次電池10が劣化した後には「θ2fix」となる。なお、図21では、図15Bに示す負極組成θLを0としているが、これは、負極のリチウムイオンがすべて抜けた状態を示している。図21では、正極の組成(θ1)に対して、負極の組成(θ2)をシフトさせているが、これに限るものではない。すなわち、二次電池10の劣化によって、正極の組成(θ1)および負極の組成(θ2)は、相対的にシフトする。 The composition of the negative electrode corresponding to the composition θ1fix of the positive electrode is “θ2fix_ini” when the secondary battery 10 is in the initial state, but becomes “θ2fix” after the secondary battery 10 is deteriorated. In FIG. 21, the negative electrode composition θ L shown in FIG. 15B is set to 0, which indicates a state in which all lithium ions in the negative electrode are removed. In FIG. 21, the composition (θ2) of the negative electrode is shifted with respect to the composition (θ1) of the positive electrode, but this is not restrictive. That is, due to the deterioration of the secondary battery 10, the composition of the positive electrode (θ1) and the composition of the negative electrode (θ2) are relatively shifted.

本実施例では、3つの劣化パラメータを電池モデルに導入することにより、上述した2つの劣化現象をモデル化している。3つの劣化パラメータとしては、正極容量維持率(単極容量維持率ともいう)、負極容量維持率(単極容量維持率ともいう)および組成対応ずれ量を用いている。2つの劣化現象をモデル化する方法について、以下に説明する。   In this embodiment, the above-described two deterioration phenomena are modeled by introducing three deterioration parameters into the battery model. As the three deterioration parameters, a positive electrode capacity retention ratio (also referred to as a single electrode capacity retention ratio), a negative electrode capacity retention ratio (also referred to as a single electrode capacity retention ratio), and a composition correspondence shift amount are used. A method for modeling two deterioration phenomena will be described below.

図22は、正極および負極の間における組成対応のずれを説明する模式図である。   FIG. 22 is a schematic diagram for explaining a shift in composition correspondence between the positive electrode and the negative electrode.

二次電池10が劣化したとき、負極組成θ2が1であるときの容量は、(Q2_ini−ΔQ2)となる。また、正極および負極の間における組成対応ずれ容量ΔQsは、正極組成軸に対する負極組成軸のずれ量Δθ2に対応する容量である。これにより、下記式(56)の関係が成り立つ。   When the secondary battery 10 is deteriorated, the capacity when the negative electrode composition θ2 is 1 is (Q2_ini−ΔQ2). The composition-corresponding deviation capacity ΔQs between the positive electrode and the negative electrode is a capacity corresponding to the deviation amount Δθ2 of the negative electrode composition axis with respect to the positive electrode composition axis. Thereby, the relationship of the following formula (56) is established.

上記式(54)及び上記式(56)から下記式(57)が求められる。   The following formula (57) is obtained from the above formula (54) and the above formula (56).

二次電池10が初期状態にあるとき、正極組成θ1fix_iniは、負極組成θ2fix_iniに対応している。二次電池10が劣化状態にあるとき、正極組成θ1fixは、負極組成θ2fixに対応している。また、組成対応のずれは、初期状態における正極組成θ1fixを基準とする。すなわち、正極組成θ1fixおよび正極組成θ1fix_iniは、同じ値とする。   When the secondary battery 10 is in the initial state, the positive electrode composition θ1fix_ini corresponds to the negative electrode composition θ2fix_ini. When the secondary battery 10 is in a deteriorated state, the positive electrode composition θ1fix corresponds to the negative electrode composition θ2fix. Further, the deviation in correspondence with the composition is based on the positive electrode composition θ1fix in the initial state. That is, the positive electrode composition θ1fix and the positive electrode composition θ1fix_ini have the same value.

二次電池10の劣化により、正極および負極の間における組成対応のずれが生じた場合において、二次電池10の劣化後における正極組成θ1fixおよび負極組成θ2fixは、下記式(58),(59)の関係を有している。   When the secondary battery 10 deteriorates and the composition correspondence shifts between the positive electrode and the negative electrode, the positive electrode composition θ1fix and the negative electrode composition θ2fix after deterioration of the secondary battery 10 are expressed by the following formulas (58) and (59). Have the relationship.

上記式(59)の意味について説明する。二次電池10の劣化によって、正極組成θ1が1からθ1fixまで変化(減少)したときに、正極から放出されるリチウムイオンの量Aは、下記式(60)によって表される。   The meaning of the above formula (59) will be described. When the positive electrode composition θ1 changes (decreases) from 1 to θ1fix due to deterioration of the secondary battery 10, the amount A of lithium ions released from the positive electrode is expressed by the following formula (60).

上記式(60)において、(1−θ1fix)の値は、二次電池10の劣化による正極組成の変化分を示し、(k1×Q1_ini)の値は、二次電池10の劣化後における正極容量を示している。   In the above formula (60), the value of (1-θ1fix) indicates the change in the positive electrode composition due to the deterioration of the secondary battery 10, and the value of (k1 × Q1_ini) is the positive electrode capacity after the deterioration of the secondary battery 10. Is shown.

正極から放出されたリチウムイオンが負極にすべて取り込まれるとすると、負極組成θ2fixは、下記式(61)となる。   If all the lithium ions released from the positive electrode are taken into the negative electrode, the negative electrode composition θ2fix is expressed by the following formula (61).

上記式(61)において、(k2×Q2_ini)の値は、二次電池10の劣化後における負極容量を示している。   In the above formula (61), the value of (k2 × Q2_ini) indicates the negative electrode capacity after deterioration of the secondary battery 10.

一方、正極および負極の間における組成対応のずれ(Δθ2)が存在するときには、負極組成θ2fixは、下記式(62)で表される。   On the other hand, when there is a composition correspondence shift (Δθ2) between the positive electrode and the negative electrode, the negative electrode composition θ2fix is expressed by the following formula (62).

組成対応のずれ量Δθ2は、上記式(57)により、組成対応のずれ容量ΔQsを用いて表すことができる。これにより、負極組成θ2fixは、上記式(59)で表される。   The shift amount Δθ2 corresponding to the composition can be expressed using the shift capacity ΔQs corresponding to the composition by the above formula (57). Accordingly, the negative electrode composition θ2fix is expressed by the above formula (59).

本実施例における電池モデルでは、単極容量の減少を下記式(63)〜(66)に示すように、電極厚み、および活物質体積分率に反映させる。   In the battery model in this example, the decrease in single electrode capacity is reflected in the electrode thickness and the active material volume fraction, as shown in the following formulas (63) to (66).

ここで、L10およびL20は、初期状態における正極電極の厚みおよび負極電極の厚みをそれぞれ示す。εs0,1およびεs0,2は、初期状態における正極活物質の体積分率および負極活物質の体積分率をそれぞれ示す。   Here, L10 and L20 indicate the thickness of the positive electrode and the thickness of the negative electrode in the initial state, respectively. εs0,1 and εs0,2 indicate the volume fraction of the positive electrode active material and the volume fraction of the negative electrode active material in the initial state, respectively.

劣化によって単極(正極や負極)の容量の減少および、正極および負極の間における相対的な組成対応のずれが生じたときの開放電圧OCVは、下記式(67)により算出される。なお、二次電池10に電流が流れているとき、又は、二次電池10の充放電を停止した直後においては、活物質の内部に塩濃度分布が存在するため、活物質の表面における塩濃度と、活物質の内部における平均塩濃度とは一致しない。開放電圧OCVを求めるときには、二次電池10が十分に緩和した状態となっているため、活物質の内部に塩濃度分布がなく、活物質の表面における塩濃度と、活物質の内部における平均塩濃度とが同じになっている。   The open-circuit voltage OCV when the capacity of the single electrode (positive electrode or negative electrode) decreases due to the deterioration and the relative composition correspondence between the positive electrode and the negative electrode occurs is calculated by the following equation (67). In addition, since the salt concentration distribution exists inside the active material when the current flows through the secondary battery 10 or immediately after the charge / discharge of the secondary battery 10 is stopped, the salt concentration on the surface of the active material And the average salt concentration inside the active material does not match. When determining the open circuit voltage OCV, the secondary battery 10 is in a sufficiently relaxed state, so there is no salt concentration distribution inside the active material, and the salt concentration on the surface of the active material and the average salt inside the active material The concentration is the same.

上記式(67)において、θ1aveおよびθ2aveは、正極および負極における活物質の内部の平均充電率をそれぞれ示し、下記式(68)により定義される。なお、下記式(68)において、Csave,iは、活物質の内部における平均塩濃度である。   In the above formula (67), θ1ave and θ2ave represent the average charge rates inside the active material in the positive electrode and the negative electrode, respectively, and are defined by the following formula (68). In the following formula (68), Csave, i is an average salt concentration inside the active material.

θ1aveおよびθ2aveの間には、下記式(69)に示す関係が成り立つ。   The relationship represented by the following formula (69) is established between θ1ave and θ2ave.

また、上記式(69)に示すλは、下記式(70)により定義される。   Further, λ shown in the above formula (69) is defined by the following formula (70).

図23は、正極活物質の内部における平均充電率θ1aveおよび、負極活物質の内部における平均充電率θ2aveの間に成り立つ関係式を説明するための図である。図23において、正極組成θ1fixおよび負極組成θ2fixが対応しているものとする。さらに、負極から放出されたリチウムイオンのすべてを正極が吸蔵することにより、負極組成がθ2fixからθ2aveに変化するとともに、正極組成がθ1fixからθ1aveに変化するものとする。   FIG. 23 is a diagram for explaining a relational expression established between the average charging rate θ1ave inside the positive electrode active material and the average charging rate θ2ave inside the negative electrode active material. In FIG. 23, it is assumed that the positive electrode composition θ1fix and the negative electrode composition θ2fix correspond to each other. Furthermore, the positive electrode occludes all lithium ions released from the negative electrode, whereby the negative electrode composition changes from θ2fix to θ2ave, and the positive electrode composition changes from θ1fix to θ1ave.

正極におけるリチウムの変化量と、負極におけるリチウムの変化量とは等しいので、正極および負極の極板面積をSとすると、上記式(63)〜(66)および上記式(68)から下記式(71)の関係が成立する。   Since the change amount of lithium in the positive electrode and the change amount of lithium in the negative electrode are equal, assuming that the electrode plate area of the positive electrode and the negative electrode is S, the following formula (63) to (66) and the above formula (68) 71) is established.

上記式(71)を解くことによって、上記式(69),(70)が成立する。   By solving the above equation (71), the above equations (69) and (70) are established.

以上のように、正極活物質の内部の平均充電率θ1aveおよび負極活物質の内部の平均充電率θ2aveを算出することで、上記式(67)により、劣化によって単極の容量の減少および正極および負極の間の組成対応のずれが生じたときの開放電圧の変化特性を算出できる。θ1aveおよびθ2aveは、上記式(69)に示されるように、正極組成θ1fixおよび負極組成θ2fixと対応付けられる。   As described above, by calculating the average charging rate θ1ave inside the positive electrode active material and the average charging rate θ2ave inside the negative electrode active material, the above formula (67) can be used to reduce the capacity of the single electrode due to deterioration and the positive electrode and It is possible to calculate the change characteristic of the open-circuit voltage when the composition correspondence shift between the negative electrodes occurs. θ1ave and θ2ave are associated with the positive electrode composition θ1fix and the negative electrode composition θ2fix, as shown in the above formula (69).

上記式(61)に示すように、負極組成θ2fixは、正極容量維持率k1、負極容量維持率k2および組成対応ずれ容量ΔQsを含む。したがって、正極容量維持率k1、負極容量維持率k2および組成対応ずれ容量ΔQsを推定することによって、二次電池10の劣化後におけるθ1aveおよびθ2aveを推定できる。これにより、二次電池10の劣化に伴って変化する二次電池10の開放電圧の変化特性を推定することができる。   As shown in the above formula (61), the negative electrode composition θ2fix includes a positive electrode capacity retention ratio k1, a negative electrode capacity retention ratio k2, and a composition-corresponding shift capacity ΔQs. Therefore, by estimating the positive electrode capacity retention rate k1, the negative electrode capacity retention rate k2, and the composition-corresponding deviation capacity ΔQs, θ1ave and θ2ave after deterioration of the secondary battery 10 can be estimated. Thereby, the change characteristic of the open circuit voltage of the secondary battery 10 which changes with deterioration of the secondary battery 10 can be estimated.

図24は、劣化パラメータを推定(探索)する処理を示すフローチャートである。図24に示す処理は、コントローラ30によって実行される。   FIG. 24 is a flowchart showing a process of estimating (searching) the deterioration parameter. The process shown in FIG. 24 is executed by the controller 30.

ステップS501において、コントローラ30は、最適な組成対応ずれ容量ΔQsを算出するために、まず、組成対応ずれ容量ΔQsの上限値ΔQs(H)および下限値ΔQs(L)を設定する。組成対応ずれ容量ΔQsの探索処理の初回において、上限値ΔQs(H)および下限値ΔQs(L)としては、予め定められた値を用いる。   In step S501, the controller 30 first sets an upper limit value ΔQs (H) and a lower limit value ΔQs (L) of the composition correspondence deviation capacity ΔQs in order to calculate the optimum composition correspondence deviation capacity ΔQs. In the first search process of the composition-corresponding deviation capacity ΔQs, predetermined values are used as the upper limit value ΔQs (H) and the lower limit value ΔQs (L).

ステップS502において、コントローラ30は、上限値ΔQs(H)および下限値ΔQs(L)の範囲内にある組成対応ずれ容量ΔQsの候補値ΔQs(E)を特定する。例えば、コントローラ30は、上限値ΔQs(H)および下限値ΔQs(L)の中間値を、候補値ΔQs(E)として特定する。   In step S502, the controller 30 specifies a candidate value ΔQs (E) of the composition-corresponding displacement capacity ΔQs within the range of the upper limit value ΔQs (H) and the lower limit value ΔQs (L). For example, the controller 30 specifies an intermediate value between the upper limit value ΔQs (H) and the lower limit value ΔQs (L) as the candidate value ΔQs (E).

ステップS503において、コントローラ30は、今回の組成対応ずれ容量ΔQsの候補値ΔQs(E)から、正極容量維持率k1および負極容量維持率k2を特定する。組成対応ずれ容量ΔQsおよび単極容量維持率k1,k2の対応関係を示すマップを、実験などによって予め求めておけば、候補値ΔQs(E)に対応する単極容量維持率k1,k2を特定することができる。   In step S503, the controller 30 specifies the positive electrode capacity retention ratio k1 and the negative electrode capacity retention ratio k2 from the candidate value ΔQs (E) of the current composition correspondence deviation capacity ΔQs. If a map showing the correspondence between the composition-corresponding deviation capacity ΔQs and the single electrode capacity maintenance ratios k1 and k2 is obtained in advance by experiments or the like, the single electrode capacity maintenance ratio k1 and k2 corresponding to the candidate value ΔQs (E) are specified can do.

なお、組成対応ずれ容量ΔQsおよび正極容量維持率k1を変数とした関数を用いることにより、組成対応ずれ容量ΔQsから、正極容量維持率k1を算出することができる。また、組成対応ずれ容量ΔQsおよび負極容量維持率k2を変数とした関数を用いることにより、組成対応ずれ容量ΔQsから、負極容量維持率k2を算出することができる。   Note that the positive electrode capacity retention rate k1 can be calculated from the composition-corresponding displacement capacity ΔQs by using a function with the composition-corresponding displacement capacity ΔQs and the positive electrode capacity retention ratio k1 as variables. Further, the negative electrode capacity retention rate k2 can be calculated from the composition-corresponding displacement capacity ΔQs by using a function with the composition-corresponding displacement capacity ΔQs and the negative electrode capacity retention ratio k2 as variables.

ステップS504において、コントローラ30は、ステップS502,S503で特定された組成対応ずれ容量ΔQsおよび単極容量維持率k1,k2に基づいて、局所SOCθiに対する開放電圧の変化特性を算出する。   In step S504, the controller 30 calculates a change characteristic of the open-circuit voltage with respect to the local SOC θi based on the composition-corresponding deviation capacity ΔQs and the single electrode capacity maintenance ratios k1 and k2 specified in steps S502 and S503.

ステップS505において、コントローラ30は、ステップS504で算出した開放電圧の変化特性と、電流積算処理を開始するときの開放電圧OCV(H)とに基づいて、開放電圧OCV(H)に対応する、正極活物質の内部の平均充電率(平均SOCθ1_1)を算出する。   In step S505, the controller 30 determines the positive electrode corresponding to the open circuit voltage OCV (H) based on the change characteristic of the open circuit voltage calculated in step S504 and the open circuit voltage OCV (H) when starting the current integration process. An average charging rate (average SOC θ1_1) inside the active material is calculated.

ステップS506において、コントローラ30は、ステップS504で算出した開放電圧の変化特性と、電流積算処理を終了したときの開放電圧OCV(L)とに基づいて、開放電圧OCV(L)に対応する、正極活物質の内部の平均充電率(平均SOCθ1_2)を算出する。開放電圧OCV(H)は、開放電圧OCV(L)よりも高く、劣化パラメータの探索処理を行うときには、組電池100(二次電池10)を放電させる。   In step S506, the controller 30 determines the positive electrode corresponding to the open circuit voltage OCV (L) based on the change characteristic of the open circuit voltage calculated in step S504 and the open circuit voltage OCV (L) when the current integration process is finished. An average charging rate (average SOC θ1_2) inside the active material is calculated. The open circuit voltage OCV (H) is higher than the open circuit voltage OCV (L), and when the degradation parameter search process is performed, the assembled battery 100 (secondary battery 10) is discharged.

ステップS507において、コントローラ30は、ステップS505,S506で算出した平均SOCθ1_1および平均SOCθ1_2に基づき、電池モデル上において、開放電圧がOCV(H)からOCV(L)に変化するまでに流れる必要がある電池電流の積算値ΔQ12を算出(推定)する。具体的には、コントローラ30は、下記式(72)を用いて、電流積算値(推定値)ΔQ12を算出する。下記式(72)において、Sは、極板の面積を示す。   In step S507, the controller 30 needs to flow until the open circuit voltage changes from OCV (H) to OCV (L) on the battery model based on the average SOCθ1_1 and the average SOCθ1_2 calculated in steps S505 and S506. An integrated current value ΔQ12 is calculated (estimated). Specifically, the controller 30 calculates a current integrated value (estimated value) ΔQ12 using the following equation (72). In the following formula (72), S represents the area of the electrode plate.

ステップS508において、コントローラ30は、電流積算値(推定値)ΔQ12および電流積算値(実測値)ΔQ11を比較する。電流積算値(実測値)ΔQ11は、開放電圧がOCV(H)からOCV(L)に変化するまでの間において、電流センサ22によって検出された電流値を積算した値である。   In step S508, the controller 30 compares the current integrated value (estimated value) ΔQ12 and the current integrated value (actually measured value) ΔQ11. The current integrated value (actual value) ΔQ11 is a value obtained by integrating the current value detected by the current sensor 22 until the open circuit voltage changes from OCV (H) to OCV (L).

電流積算値(推定値)ΔQ12が電流積算値(実測値)ΔQ11よりも大きいときには、ステップS509の処理を行い、電流積算値(推定値)ΔQ12が電流積算値(実測値)ΔQ11よりも小さいときには、ステップS510の処理を行う。   When the current integrated value (estimated value) ΔQ12 is larger than the current integrated value (actually measured value) ΔQ11, the process of step S509 is performed, and when the current integrated value (estimated value) ΔQ12 is smaller than the current integrated value (actually measured value) ΔQ11. The process of step S510 is performed.

ステップS509において、コントローラ30は、次回の組成対応ずれ容量ΔQsの計算における上限値ΔQs(H)を、今回の組成対応ずれ容量の候補値ΔQs(E)に置き換える。これにより、次回の探索処理では、ΔQs(L)からΔQs(E)の範囲内において、候補値ΔQs(E)が設定される。   In step S509, the controller 30 replaces the upper limit value ΔQs (H) in the next calculation of the composition correspondence deviation capacity ΔQs with the current composition correspondence deviation capacity candidate value ΔQs (E). Thereby, in the next search process, the candidate value ΔQs (E) is set within the range of ΔQs (L) to ΔQs (E).

ステップS510において、コントローラ30は、次回の組成対応ずれ容量ΔQsの計算における下限値ΔQs(L)を、今回の組成対応ずれ容量の候補値ΔQs(E)に置き換える。これにより、次回の探索処理では、ΔQs(E)からΔQs(H)の範囲内において、候補値ΔQs(E)が設定される。   In step S510, the controller 30 replaces the lower limit value ΔQs (L) in the next calculation of the composition correspondence deviation capacity ΔQs with the current composition correspondence deviation capacity candidate value ΔQs (E). Thereby, in the next search process, the candidate value ΔQs (E) is set within the range of ΔQs (E) to ΔQs (H).

ステップS511において、コントローラ30は、上限値ΔQs(H)および下限値ΔQs(L)の差(ΔQs(H)−ΔQs(L))が所定値ΔQs(min)より小さいか否かを判別する。差(ΔQs(H)−ΔQs(L))が所定値ΔQs(min)よりも小さいときには、図24に示す処理を終了する。一方、差(ΔQs(H)−ΔQs(L))が所定値ΔQs(min)よりも大きいときには、ステップS502の処理に戻る。   In step S511, the controller 30 determines whether or not the difference between the upper limit value ΔQs (H) and the lower limit value ΔQs (L) (ΔQs (H) −ΔQs (L)) is smaller than a predetermined value ΔQs (min). When the difference (ΔQs (H) −ΔQs (L)) is smaller than the predetermined value ΔQs (min), the processing shown in FIG. 24 is ended. On the other hand, when the difference (ΔQs (H) −ΔQs (L)) is larger than the predetermined value ΔQs (min), the process returns to step S502.

差(ΔQs(H)−ΔQs(L))が所定値ΔQs(min)よりも小さくなるまで、図24に示す処理を繰り返すことにより、電流積算値(推定値)ΔQ12および電流積算値(実測値)ΔQ11の差(推定誤差)が最小となるように、組成対応ずれ容量ΔQsが推定される。すなわち、開放電圧の変化(OCV(H)からOCV(L)への変化)に対する推定誤差が最小(例えば、0)となるように、組成対応ずれ容量ΔQsを推定する。   By repeating the process shown in FIG. 24 until the difference (ΔQs (H) −ΔQs (L)) becomes smaller than the predetermined value ΔQs (min), the current integrated value (estimated value) ΔQ12 and the current integrated value (actually measured value) are obtained. ) The composition-corresponding deviation capacity ΔQs is estimated so that the difference (estimation error) in ΔQ11 is minimized. That is, the composition-corresponding deviation capacity ΔQs is estimated so that the estimation error with respect to the change in the open circuit voltage (change from OCV (H) to OCV (L)) is minimized (for example, 0).

これにより、算出した開放電圧OCV(H),OCV(L)および電流積算値(実測値)ΔQ11に対して最適な劣化パラメータ(組成対応ずれ容量ΔQs、正極容量維持率k1および負極容量維持率k2)を算出できる。最適な劣化パラメータ(特に、単極容量維持率k1,k2)を算出できれば、この単極容量維持率k1,k2を上記式(55)に代入して、抵抗Rmを算出することができる。   As a result, the optimum deterioration parameters (composition-corresponding displacement capacity ΔQs, positive electrode capacity retention rate k1 and negative electrode capacity retention rate k2) with respect to the calculated open circuit voltages OCV (H), OCV (L) and current integrated value (actually measured value) ΔQ11. ) Can be calculated. If the optimum deterioration parameter (especially, the unipolar capacity retention ratios k1 and k2) can be calculated, the resistance Rm can be calculated by substituting the unipolar capacity retention ratios k1 and k2 into the above equation (55).

上述した基礎的な電池モデルは、電極12,15の厚さ方向における反応が一様であるとする仮定と、電極12,15におけるリチウムイオンLiの濃度が一定であるとする仮定の下で構成されている。基礎的な電池モデルの代わりに、電極12,15の間におけるリチウムイオン濃度の差による過電圧Δφ(t)を考慮した電池モデルを用いることもできる。 The basic battery model described above is based on the assumption that the reaction in the thickness direction of the electrodes 12 and 15 is uniform and the assumption that the concentration of lithium ions Li + in the electrodes 12 and 15 is constant. It is configured. Instead of the basic battery model, a battery model that considers the overvoltage Δφ e (t) due to the difference in lithium ion concentration between the electrodes 12 and 15 can be used.

上記式(11)において、直流抵抗による電圧降下と、リチウムイオン濃度の差による過電圧とが独立していると仮定する。この場合には、下記式(73)に示すように、電極12,15の間におけるリチウムイオン濃度の差による過電圧Δφej(x、t)と、電極12,15の間におけるリチウムイオン濃度の差ΔCej(x、t)との関係が得られる。 In the above equation (11), it is assumed that the voltage drop due to DC resistance and the overvoltage due to the difference in lithium ion concentration are independent. In this case, as shown in the following formula (73), the overvoltage Δφ ej (x, t) due to the difference in lithium ion concentration between the electrodes 12 and 15 and the difference in lithium ion concentration between the electrodes 12 and 15. A relationship with ΔC ej (x, t) is obtained.

上記式(73)から、過電圧Δφ(t)を求めると、下記式(74)となる。 When the overvoltage Δφ e (t) is obtained from the above equation (73), the following equation (74) is obtained.

上記式(74)において、Ce,iniは、二次電池10が初期状態にあるときのリチウムイオンの濃度を示す。   In the above formula (74), Ce and ini indicate the concentration of lithium ions when the secondary battery 10 is in the initial state.

上記式(74)を一次近似(線形近似)すると、下記式(75)が得られる。   When the above equation (74) is linearly approximated (linear approximation), the following equation (75) is obtained.

上記式(75)に示す濃度差は、上記式(32),(33)から求めることができ、下記式(32’a)および式(33’)で表すことができる。   The density difference shown in the above equation (75) can be obtained from the above equations (32) and (33), and can be expressed by the following equations (32'a) and (33 ').

上記式(32’a)は、電極12,15の間におけるリチウムイオン濃度の差に関する式であるため、上記式(33’)に示すように、上記式(33)に示す係数α、βとは異なる係数αe、βeを定義する。   Since the equation (32′a) is an equation relating to the difference in lithium ion concentration between the electrodes 12 and 15, as shown in the equation (33 ′), the coefficients α and β shown in the equation (33) Defines different coefficients αe, βe.

時間変化Δtがn回進むと、上記式(32’a)は、下記式(32’b)で表すことができる。   When the time change Δt advances n times, the above equation (32′a) can be expressed by the following equation (32′b).

上記式(75)に、上記式(32’b)に示す濃度差ΔCeを代入すれば、過電圧Δφe(t)を求めることができる。   If the concentration difference ΔCe shown in the above equation (32′b) is substituted into the above equation (75), the overvoltage Δφe (t) can be obtained.

一方、上記式(M1b)において、過電圧Δφe(t)を考慮すると、下記式(M1g)で表すことができる。   On the other hand, in the above formula (M1b), when the overvoltage Δφe (t) is considered, it can be expressed by the following formula (M1g).

同様に、上記式(M1e)において、過電圧Δφe(t)を考慮すると、下記式(M1h)で表すことができる。   Similarly, in the above formula (M1e), when the overvoltage Δφe (t) is considered, it can be expressed by the following formula (M1h).

上記式(M1h)を一次近似(線形近似)すると、下記式(M1i)が得られる。   When the above equation (M1h) is linearly approximated (linear approximation), the following equation (M1i) is obtained.

過電圧Δφe(t)を考慮した電池モデルでは、上記式(M1i)を用いて電流密度I(t)を算出することができる。すなわち、上記式(M1f)を用いて電流密度I(t)を算出する過程において、上記式(75)および上記式(32’b)から算出される過電圧Δφe(t)を考慮すればよい。   In the battery model considering the overvoltage Δφe (t), the current density I (t) can be calculated using the above formula (M1i). That is, in the process of calculating the current density I (t) using the above formula (M1f), the overvoltage Δφe (t) calculated from the above formula (75) and the above formula (32′b) may be considered.

また、過電圧Δφe(t)を考慮した電池モデルでは、補正係数ξを以下のように求めることができる。   Further, in the battery model considering the overvoltage Δφe (t), the correction coefficient ξ can be obtained as follows.

上記式(M1i)を用いて、時間t0,t1における電圧降下量ΔV(t0),ΔV(t1)をそれぞれ求めると、下記式(76),(77)で表される。時間t0は、ハイレート抵抗上昇が解消したときの時間であり、時間t1は、電流値などを検出したときの時間である。   When the voltage drop amounts ΔV (t0) and ΔV (t1) at times t0 and t1 are obtained using the above formula (M1i), they are represented by the following formulas (76) and (77). Time t0 is the time when the high-rate resistance rise is eliminated, and time t1 is the time when the current value or the like is detected.

上記式(76),(77)および上記式(48)を用いれば、補正係数ξは、下記式(78)で表すことができる。   If the above equations (76), (77) and the above equation (48) are used, the correction coefficient ξ can be expressed by the following equation (78).

また、抵抗変化率grおよび容量維持率kを用いれば、補正係数ξは、下記式(79)で表すことができる。   If the resistance change rate gr and the capacity maintenance rate k are used, the correction coefficient ξ can be expressed by the following equation (79).

上記式(78),(79)は、下記式(80)に示す関係を有する。   The above formulas (78) and (79) have the relationship shown in the following formula (80).

補正係数ξは、上記式(78),(79)に基づいて算出することができるが、上記式(78),(79)に示す一部のパラメータを、仮定した値として設定すれば、補正係数ξの算出を簡素化することができる。例えば、温度T(t0)が温度T(t1)と等しいと仮定したり、直流純抵抗Rd(T,t0)が直流純抵抗Rd(T,t1)と等しいと仮定したりすることができる。また、交換電流密度i(θ,T,t0)が交換電流密度i(θ,T,t1)と等しいと仮定したり、過電圧Δφe(t0)が過電圧Δφe(t1)と等しいと仮定したりすることができる。 The correction coefficient ξ can be calculated based on the above formulas (78) and (79). If some parameters shown in the above formulas (78) and (79) are set as assumed values, the correction coefficient ξ is corrected. Calculation of the coefficient ξ can be simplified. For example, it can be assumed that the temperature T (t0) is equal to the temperature T (t1), or that the direct current pure resistance Rd (T, t0) is equal to the direct current pure resistance Rd (T, t1). Also, it is assumed that the exchange current density i 0 (θ, T, t0) is equal to the exchange current density i 0 (θ, T, t1), or that the overvoltage Δφe (t0) is equal to the overvoltage Δφe (t1). Can be.

100:組電池、10:二次電池、21:監視ユニット、22:電流センサ、
23:温度センサ、24:電流制限抵抗、31:インバータ、
32:モータ・ジェネレータ、30:コントローラ、30a:メモリ、
11n:負極端子、11p:正極端子、12:負極、15:正極、14:セパレータ、
13,16:集電板、18:活物質、18p,18n:活物質モデル、
300:電池状態推定部、310:拡散推定部、320:開放電圧推定部、
330:電流推定部、340:パラメータ設定部、350:境界条件設定部、
360:抵抗変化率算出部、370:判別部、371:タイマ、380:記憶部、
390:抵抗上昇量推定部
100: assembled battery, 10: secondary battery, 21: monitoring unit, 22: current sensor,
23: Temperature sensor, 24: Current limiting resistor, 31: Inverter,
32: Motor generator, 30: Controller, 30a: Memory,
11n: negative electrode terminal, 11p: positive electrode terminal, 12: negative electrode, 15: positive electrode, 14: separator
13, 16: current collector plate, 18: active material, 18p, 18n: active material model,
300: battery state estimation unit, 310: diffusion estimation unit, 320: open circuit voltage estimation unit,
330: current estimation unit, 340: parameter setting unit, 350: boundary condition setting unit,
360: resistance change rate calculation unit, 370: determination unit, 371: timer, 380: storage unit,
390: Resistance increase estimation unit

Claims (10)

充放電を行う二次電池と、
前記二次電池の充放電を行っていない時間が所定時間以上であるとき、前記二次電池の内部における塩濃度の偏りによって発生する第1劣化成分が解消されていると判別するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、前記二次電池の摩耗によって発生する第2劣化成分の抵抗上昇量を算出し、この抵抗上昇量が増加することに応じて、前記所定時間を短くすることを特徴とする電池システム。
A secondary battery for charging and discharging;
A controller that determines that the first deterioration component generated due to the deviation of salt concentration in the secondary battery is eliminated when the time during which the secondary battery is not charged or discharged is a predetermined time or longer. Have
The controller calculates a resistance increase amount of a second deterioration component generated due to wear of the secondary battery, and shortens the predetermined time according to an increase in the resistance increase amount. .
前記コントローラは、前記二次電池の抵抗上昇を許容する上限値から、前記第2劣化成分の抵抗上昇量を除いて、前記第1劣化成分の抵抗上昇を許容する許容量を算出し、前記許容量が低下することに応じて、前記所定時間を短くすることを特徴とする請求項1に記載の電池システム。   The controller calculates an allowable amount that allows an increase in the resistance of the first deterioration component from an upper limit value that allows an increase in the resistance of the secondary battery, and excludes the increase in the resistance of the second deterioration component. The battery system according to claim 1, wherein the predetermined time is shortened in accordance with a decrease in capacity. 前記コントローラは、前記第1劣化成分が解消されている状態において、前記二次電池の抵抗を算出することにより、前記第2劣化成分の抵抗上昇量を特定することを特徴とする請求項1又は2に記載の電池システム。   2. The controller according to claim 1, wherein the controller specifies a resistance increase amount of the second deterioration component by calculating a resistance of the secondary battery in a state where the first deterioration component is eliminated. 2. The battery system according to 2. 前記コントローラは、前記第1劣化成分が解消されている状態において、前記二次電池の初期抵抗に対する、現在の前記二次電池の抵抗の比を表す抵抗変化率を算出し、前記抵抗変化率が上昇することに応じて、前記所定時間を短くすることを特徴とする請求項1に記載の電池システム。   The controller calculates a resistance change rate representing a ratio of a current resistance of the secondary battery to an initial resistance of the secondary battery in a state where the first deterioration component is eliminated, and the resistance change rate is The battery system according to claim 1, wherein the predetermined time is shortened in response to the increase. 前記コントローラは、正極および負極の少なくとも一方において、初期容量に対する、前記第2劣化成分が発生しているときの容量の比を表す容量維持率を算出し、前記容量維持率が低下することに応じて、前記所定時間を短くすることを特徴とする請求項1に記載の電池システム。   The controller calculates a capacity maintenance ratio indicating a ratio of capacity when the second deterioration component is generated with respect to an initial capacity in at least one of the positive electrode and the negative electrode, and the capacity maintenance ratio is reduced. The battery system according to claim 1, wherein the predetermined time is shortened. 充放電を行う二次電池の劣化状態を判別する判別方法であって、
前記二次電池の充放電を行っていない時間が所定時間以上であるとき、前記二次電池の内部における塩濃度の偏りによって発生する第1劣化成分が解消されていると判別し、
前記二次電池の摩耗によって発生する第2劣化成分の抵抗上昇量を算出し、この抵抗上昇量が増加することに応じて、前記所定時間を短くする、
ことを特徴とする判別方法。
A determination method for determining a deterioration state of a secondary battery that performs charge and discharge,
When the time during which the secondary battery is not charged / discharged is a predetermined time or more, it is determined that the first deterioration component generated due to the salt concentration bias in the secondary battery is eliminated,
Calculating a resistance increase amount of the second deterioration component caused by wear of the secondary battery, and shortening the predetermined time according to an increase in the resistance increase amount;
A discrimination method characterized by that.
前記二次電池の抵抗上昇を許容する上限値から、前記第2劣化成分の抵抗上昇量を除いて、前記第1劣化成分による抵抗上昇を許容する許容量を算出し、
前記許容量が低下することに応じて、前記所定時間を短くすることを特徴とする請求項6に記載の判別方法。
From the upper limit value that allows the resistance increase of the secondary battery, excluding the resistance increase amount of the second deterioration component, to calculate the allowable amount that allows the resistance increase due to the first deterioration component,
The determination method according to claim 6, wherein the predetermined time is shortened according to a decrease in the allowable amount.
前記第1劣化成分が解消されているとき、前記二次電池の抵抗を算出することにより、前記第2劣化成分の抵抗上昇量を特定することを特徴とする請求項6又は7に記載の判別方法。   The determination according to claim 6 or 7, wherein when the first deterioration component is eliminated, the resistance increase amount of the second deterioration component is specified by calculating the resistance of the secondary battery. Method. 前記第1劣化成分が解消されているとき、前記二次電池の初期抵抗に対する、現在の前記二次電池の抵抗の比を表す抵抗変化率を算出し、前記抵抗変化率が上昇することに応じて、前記所定時間を短くすることを特徴とする請求項6に記載の判別方法。   When the first deterioration component is eliminated, a resistance change rate representing a ratio of the current resistance of the secondary battery to the initial resistance of the secondary battery is calculated, and the resistance change rate is increased. The determination method according to claim 6, wherein the predetermined time is shortened. 正極および負極の少なくとも一方において、初期容量に対する、前記第2劣化成分が発生しているときの容量の比を表す容量維持率を算出し、
前記容量維持率が低下することに応じて、前記所定時間を短くすることを特徴とする請求項6に記載の判別方法。
In at least one of the positive electrode and the negative electrode, a capacity maintenance ratio representing a ratio of capacity when the second deterioration component is generated to initial capacity is calculated,
The determination method according to claim 6, wherein the predetermined time is shortened according to a decrease in the capacity maintenance rate.
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