JP2014049401A - Battery state estimation device, vehicle including the battery state estimation device, and battery state estimation method - Google Patents

Battery state estimation device, vehicle including the battery state estimation device, and battery state estimation method Download PDF

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Masayuki Hamana
雅之 濱名
Keisuke Wakabayashi
計介 若林
Tadashi Komai
正 駒井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and method for estimating a battery state, improved in estimation accuracy of a battery state.SOLUTION: A battery state estimation device includes: a battery 1 including a power generation element sealed inside an outer packaging member; a first sensor disposed on a surface of the outer packaging body and detecting an oscillating wave propagating in the battery 1; a measurement means for measuring the hardness of the battery 1 from a detected value of the first sensor; and a battery state estimation means for estimating the state of the battery 1 from a measured value obtained by the measurement means, on the basis of the relation between the hardness of the battery 1 and the state of the battery 1.

Description

本発明は、電池状態推定装置及び車両に関するものである。   The present invention relates to a battery state estimation device and a vehicle.

劣化していない正常な二次電池の各種温度下、各種電流で充放電したときに計測されるべき電池電圧、および蓄電量もしくは放電量のデータである基礎データを予め取得した上で、使用している二次電池の電圧値もしくは電圧値と電流値を測定し、該基礎データと比較して、検知対象の二次電池が蓄電容量の低下を判定し、その判定結果に沿って、二次電池の内部状態を検出するもの知られている(特許文献1)。   The battery voltage to be measured when charging / discharging with various currents at various temperatures of a normal secondary battery that has not deteriorated, and basic data that is data on the amount of stored electricity or the amount of discharge are obtained in advance. Measuring the voltage value or voltage value and current value of the secondary battery being compared, and comparing with the basic data, the secondary battery to be detected determines a decrease in the storage capacity. It is known to detect the internal state of a battery (Patent Document 1).

特開2002−50410号公報JP 2002-50410 A

しかしながら、上記の二次電池の検知装置のように、予め記録された劣化していない電池の基礎データと使用している二次電池の電圧値等との比較では、使用条件が変わる二次電池の状態を、精度よく検出することができないという問題があった。   However, as in the case of the secondary battery detection device described above, the comparison of the basic data of the battery that has not been deteriorated and the voltage value of the secondary battery in use, etc., changes the usage conditions. There has been a problem that the state of cannot be accurately detected.

本発明が解決しようとする課題は、電池の状態の推定精度を高めた電池状態推定装置及び電池状態推定方法を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a battery state estimation device and a battery state estimation method that improve the estimation accuracy of the state of the battery.

本発明は、電池内の振動波を検出する第1センサの検出値から、電池の硬さを測定し、電池の硬さと電池の状態との関係に基づいて、測定値から電池の状態を推定することによって上記課題を解決する。   The present invention measures the hardness of the battery from the detection value of the first sensor that detects the vibration wave in the battery, and estimates the state of the battery from the measurement value based on the relationship between the hardness of the battery and the state of the battery. This solves the above problem.

本発明は、電池の硬さと電池の状態との関係を利用することで、電池の過去の使用条件に関わらず、電池の状態を推定することができるため、電池の状態の推定精度を高めることができる。   The present invention makes it possible to estimate the state of the battery regardless of the past use conditions of the battery by utilizing the relationship between the hardness of the battery and the state of the battery, and thus increases the estimation accuracy of the state of the battery. Can do.

本発明の実施形態に係る電池状態推定装置のブロック図である。It is a block diagram of the battery state estimation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図1の電池の平面図である。It is a top view of the battery of FIG. 図2のA−Aに沿う断面図である。It is sectional drawing which follows AA of FIG. 図1の電池及び超音波センサの平面図である。It is a top view of the battery and ultrasonic sensor of FIG. 図1の電池において、サイクル数に対する電池容量の特性を示すグラフである。2 is a graph showing characteristics of battery capacity with respect to the number of cycles in the battery of FIG. 1. 図1の電池において、電池の状態に対する電池の硬さの比率を示すグラフである。In the battery of FIG. 1, it is a graph which shows the ratio of the hardness of the battery with respect to the state of a battery. 図1の電池において、電池の状態に対する電池の硬さの比率を示すグラフである。In the battery of FIG. 1, it is a graph which shows the ratio of the hardness of the battery with respect to the state of a battery. 図1の電池において、電池内を伝播する超音波の伝播時間を説明するための図である。In the battery of FIG. 1, it is a figure for demonstrating the propagation time of the ultrasonic wave which propagates the inside of a battery. 図1の電池において、サイクル数に対する伝播時間の特性を示すグラフである。2 is a graph showing a propagation time characteristic with respect to the number of cycles in the battery of FIG. 1. 図1の電池において、容量減少量に対する伝播時間の特性を示すグラフである。2 is a graph showing a characteristic of propagation time with respect to capacity reduction in the battery of FIG. 図1のコントローラの制御手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control procedure of the controller of FIG. 本発明の変形例に係る電池状態推定装置の電池と超音波センサの斜視図である。It is a perspective view of the battery and ultrasonic sensor of the battery state estimation apparatus which concerns on the modification of this invention. 本発明の変形例に係る電池状態推定装置の送信器の斜視図である。It is a perspective view of the transmitter of the battery state estimation apparatus which concerns on the modification of this invention. 図13のB−B線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the BB line of FIG. 本発明の他の実施形態に係る電池状態推定装置のブロック図である。It is a block diagram of the battery state estimation apparatus which concerns on other embodiment of this invention. 図15の電池において、周波数に対するイナータンスの特性を示すグラフである。16 is a graph showing inertance characteristics with respect to frequency in the battery of FIG. 15. 図15の電池において、共振周波数に対する放電容量の低下率の特性を示すグラフである。16 is a graph showing characteristics of a reduction rate of discharge capacity with respect to a resonance frequency in the battery of FIG. 図15のコントローラの制御手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control procedure of the controller of FIG. 本発明の他の実施形態に係る電池状態推定装置の電池において、周波数に対するコヒーレンスの特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the coherence with respect to a frequency in the battery of the battery state estimation apparatus which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る電池状態推定装置のコントローラの制御手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control procedure of the controller of the battery state estimation apparatus which concerns on other embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

《第1実施形態》
図1は、本発明の実施形態に係る電池状態推定装置のブロック図である。本例の電池状態推定装置は、車両等に搭載される。
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a block diagram of a battery state estimation device according to an embodiment of the present invention. The battery state estimation device of this example is mounted on a vehicle or the like.

電池状態推定装置は、扁平型の電池1と、超音波センサ2と、コントローラ3とを備えている。電池1の構成について、図2及び図3を用いて説明する。図2は扁平型電池1の平面図を示し、図3は、図2のA−A線に沿う断面図である。扁平型電池1は、リチウムイオン系、平板状、積層タイプのラミネート型の二次電池(薄型電池)であり、図2および図3に示すように、3枚の正極板11と、5枚のセパレータ12と、3枚の負極板13と、正極タブ14(正極端子)と、負極タブ15(負極端子)と、上部外装部材16と、下部外装部材17と、特に図示しない電解質とから構成されている。   The battery state estimation device includes a flat battery 1, an ultrasonic sensor 2, and a controller 3. The structure of the battery 1 is demonstrated using FIG.2 and FIG.3. FIG. 2 is a plan view of the flat battery 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. The flat battery 1 is a lithium ion-based, flat-plate, laminate-type secondary battery (thin battery). As shown in FIGS. 2 and 3, three positive plates 11 and five sheets are provided. The separator 12 includes three negative plates 13, a positive electrode tab 14 (positive electrode terminal), a negative electrode tab 15 (negative electrode terminal), an upper exterior member 16, a lower exterior member 17, and an electrolyte (not shown). ing.

このうちの正極板11、セパレータ12、負極板13および電解質が発電要素18を構成し、また、正極板11、負極板13が電極板を構成し、上部外装部材16および下部外装部材17が一対の外装部材を構成する。   Among these, the positive electrode plate 11, the separator 12, the negative electrode plate 13 and the electrolyte constitute a power generation element 18, the positive electrode plate 11 and the negative electrode plate 13 constitute an electrode plate, and the upper exterior member 16 and the lower exterior member 17 are a pair. The exterior member is configured.

発電要素18を構成する正極板11は、正極タブ14まで伸びている正極側集電体11aと、正極側集電体11aの一部の両主面にそれぞれ形成された正極層11b,11cとを有する。図3に示すように、正極板11、セパレータ12および負極板13を積層して発電要素18を構成する際に、正極板11においてセパレータ12に実質的に重なる部分のみに正極層11b,11cが形成されている。   The positive electrode plate 11 constituting the power generation element 18 includes a positive electrode current collector 11a extending to the positive electrode tab 14, and positive electrode layers 11b and 11c formed on both main surfaces of a part of the positive electrode current collector 11a, respectively. Have As shown in FIG. 3, when the positive electrode plate 11, the separator 12 and the negative electrode plate 13 are laminated to form the power generation element 18, the positive electrode layers 11b and 11c are formed only on the portion of the positive electrode plate 11 that substantially overlaps the separator 12. Is formed.

正極板11の正極側集電体11aは、たとえばアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、または、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔から構成されている。また、正極板11の正極層11b,11cは、たとえば、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)、または、コバルト酸リチウム(LiCoO)等のリチウム複合酸化物や、カルコゲン(S、Se、Te)化物等の正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョン等の接着剤と、溶剤とを混合したものを、正極側集電体11aの一部の両主面に塗布し、乾燥および圧延することにより形成されている。 The positive electrode side current collector 11a of the positive electrode plate 11 is made of an electrochemically stable metal foil such as an aluminum foil, an aluminum alloy foil, a copper foil, or a nickel foil. Moreover, the positive electrode layers 11b and 11c of the positive electrode plate 11 are formed of, for example, lithium composite oxides such as lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), or lithium cobaltate (LiCoO 2 ), chalcogen ( S, Se, Te) A positive electrode side current collector obtained by mixing a positive electrode active material such as a compound, a conductive agent such as carbon black, an adhesive such as an aqueous dispersion of polytetrafluoroethylene, and a solvent. It is formed by applying to both main surfaces of a part of 11a, drying and rolling.

発電要素18を構成する負極板13は、負極タブ15まで伸びている負極側集電体13aと、当該負極側集電体13aの一部の両主面にそれぞれ形成された負極層13b,13cとを有する。図3に示すように、正極板11、セパレータ12および負極板13を積層して発電要素18を構成する際に、負極板13においてセパレータ12に実質的に重なる部分のみに負極層13b,13cが形成されている。   The negative electrode plate 13 constituting the power generation element 18 includes a negative electrode side current collector 13a extending to the negative electrode tab 15, and negative electrode layers 13b and 13c formed on both main surfaces of a part of the negative electrode side current collector 13a, respectively. And have. As shown in FIG. 3, when the power generation element 18 is configured by laminating the positive electrode plate 11, the separator 12, and the negative electrode plate 13, the negative electrode layers 13 b and 13 c are formed only on portions of the negative electrode plate 13 that substantially overlap the separator 12. Is formed.

負極板13の負極側集電体13aは、たとえばニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、または、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔から構成されている。また、負極板13の負極層13b,13cは、たとえば非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、または、黒鉛等のような上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵および放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを混合し、乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これにアクリル樹脂エマルジョン等の結着剤をさらに混合し、この混合物を負極側集電体13aの一部の両主面に塗布し、乾燥および圧延させることにより形成されている。   The negative electrode side current collector 13a of the negative electrode plate 13 is made of an electrochemically stable metal foil such as nickel foil, copper foil, stainless steel foil, or iron foil. The negative electrode layers 13b and 13c of the negative electrode plate 13 are negative electrodes that occlude and release lithium ions of the positive electrode active material, such as amorphous carbon, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, or graphite. An active material is mixed with an aqueous dispersion of a styrene butadiene rubber resin powder as a precursor material of an organic fired body, dried and then pulverized to carry carbonized styrene butadiene rubber on the surface of carbon particles. A main material is formed by further mixing a binder such as an acrylic resin emulsion with the mixture, applying the mixture to both main surfaces of a part of the negative electrode current collector 13a, and drying and rolling.

発電要素18のセパレータ12は、上述した正極板11と負極板13との短絡を防止するものであり、電解質を保持する機能を備えてもよい。このセパレータ12は、たとえばポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。   The separator 12 of the power generation element 18 prevents the short-circuit between the positive electrode plate 11 and the negative electrode plate 13 described above, and may have a function of holding an electrolyte. The separator 12 is a microporous film made of polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP), for example. When an overcurrent flows, the pores of the layer are blocked by the heat generation and the current is cut off. It also has a function.

以上の発電要素18は、セパレータ12を介して正極板11と負極板13とが交互に積層されてなる。そして、3枚の正極板11は、正極側集電体11aを介して、金属箔製の正極タブ14にそれぞれ接続される一方で、3枚の負極板13は、負極側集電体13aを介して、同様に金属箔製の負極タブ15にそれぞれ接続されている。   The power generation element 18 is formed by alternately stacking the positive electrode plates 11 and the negative electrode plates 13 with the separators 12 interposed therebetween. The three positive electrode plates 11 are connected to the positive electrode tab 14 made of metal foil via the positive electrode side current collector 11a, respectively, while the three negative electrode plates 13 are connected to the negative electrode side current collector 13a. In the same manner, the negative electrode tabs 15 made of metal foil are connected to each other.

発電要素18は、上部外装部材16および下部外装部材17に収容されて封止されている。特に図示はしないが、本例の上部外装部材16および下部外装部材17は何れも、扁平型電池1の内側から外側に向かって、たとえばポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、または、アイオノマー等の耐電解液性および熱融着性に優れた樹脂フィルムから構成されている内側層と、たとえばアルミニウム等の金属箔から構成されている中間層と、たとえばポリアミド系樹脂又はポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成されている外側層と、の三層構造とされている。   The power generation element 18 is accommodated and sealed in the upper exterior member 16 and the lower exterior member 17. Although not specifically illustrated, the upper exterior member 16 and the lower exterior member 17 of this example are both made of polyethylene, modified polyethylene, polypropylene, modified polypropylene, or ionomer from the inside to the outside of the flat battery 1. An inner layer composed of a resin film excellent in electrolytic solution resistance and heat-fusibility, an intermediate layer composed of a metal foil such as aluminum, and an electrical insulation such as a polyamide resin or a polyester resin And a three-layer structure composed of an outer layer made of a resin film having excellent properties.

したがって、上部外装部材16および下部外装部材17は何れも、たとえばアルミニウム箔等金属箔の一方の面(扁平型電池1の内側面)をポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、またはアイオノマー等の樹脂でラミネートし、他方の面(扁平型電池1の外側面)をポリアミド系樹脂またはポリエステル系樹脂でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材等の可撓性を有する材料で形成されている。   Therefore, both the upper exterior member 16 and the lower exterior member 17 are made of resin such as polyethylene, modified polyethylene, polypropylene, modified polypropylene, or ionomer on one surface (inner surface of the flat battery 1) of a metal foil such as aluminum foil. And the other surface (the outer surface of the flat battery 1) is laminated with a polyamide resin or a polyester resin, and is formed of a flexible material such as a resin-metal thin film laminate material.

これらの外装部材16,17によって、上述した発電要素18、正極タブ14の一部および負極タブ15の一部を包み込み、当該外装部材16,17により形成される内部空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウムや六フッ化リン酸リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入しながら、外装部材16,17により形成される空間を吸引して真空状態とした後に、外装部材16,17の外周縁を熱プレスにより熱融着して封止する。   These exterior members 16, 17 enclose the power generation element 18, part of the positive electrode tab 14 and part of the negative electrode tab 15, so that the internal space formed by the exterior members 16, 17 contains an organic liquid solvent. While injecting a liquid electrolyte having a lithium salt such as lithium chlorate, lithium borofluoride or lithium hexafluorophosphate as a solute, the space formed by the exterior members 16 and 17 is sucked into a vacuum state, The outer peripheral edges of the members 16 and 17 are heat-sealed by hot pressing and sealed.

図1に戻り、超音波センサ2は、送信器21と受信器22とを備えている。送信器21は、電池1内に振動波として超音波を送信する。送信された超音波は、超音波センサ2が設けられていない下部外装部材17で反射して、受信器22で検出される。受信器は、電池内を伝播する超音波を受信するセンサである。   Returning to FIG. 1, the ultrasonic sensor 2 includes a transmitter 21 and a receiver 22. The transmitter 21 transmits ultrasonic waves as vibration waves in the battery 1. The transmitted ultrasonic wave is reflected by the lower exterior member 17 where the ultrasonic sensor 2 is not provided, and is detected by the receiver 22. The receiver is a sensor that receives ultrasonic waves propagating in the battery.

図4を用いて、超音波センサ2の取り付け位置について説明する。図4は、超音波センサ2が取り付けられた電池1の平面図である。正極板11等の発電要素18を構成する部材の積層面と平行な、上部外装部材16の表面上において、送信器21及び受信器22が対角の位置に配置されている。後述するように、本例は、電池1内を伝播する超音波の伝播時間から電池の状態を推定する。そのため、本例は、送信器21と受信器22との間の伝播距離が長くなるように、センサ2を配置されることで、電池の状態に応じた伝播時間の変化を検出し易くするように、構成している。   The attachment position of the ultrasonic sensor 2 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a plan view of the battery 1 to which the ultrasonic sensor 2 is attached. A transmitter 21 and a receiver 22 are arranged at diagonal positions on the surface of the upper exterior member 16, which is parallel to the laminated surface of members constituting the power generation element 18 such as the positive electrode plate 11. As will be described later, in this example, the state of the battery is estimated from the propagation time of the ultrasonic wave propagating in the battery 1. For this reason, in this example, the sensor 2 is arranged so that the propagation distance between the transmitter 21 and the receiver 22 is long, so that it is easy to detect a change in the propagation time according to the state of the battery. It is composed.

また、送信器21は、外装部材16の表面に対して、鋭角の方向で、電池1内に超音波を入射させるように構成されている。これにより、送信器21から発信した超音波は、外装部材16に対して対向する下側の外装部材17を反射して、受信器22に伝播する。   The transmitter 21 is configured to cause ultrasonic waves to enter the battery 1 in an acute angle direction with respect to the surface of the exterior member 16. Thereby, the ultrasonic wave transmitted from the transmitter 21 reflects the lower exterior member 17 facing the exterior member 16 and propagates to the receiver 22.

図1に戻り、コントローラ3は、推定部31と電池状態推定部32とを有している。コントローラ3は、超音波センサ2の検出値に基づいて、電池1の状態を推定するための制御部であって、超音波センサ2を制御する。測定部31は超音波センサ2で検出された検出値から電池1の硬さを測定する。電池状態推定部32は、測定部31に測定された測定値から、電池1の状態を推定する。   Returning to FIG. 1, the controller 3 includes an estimation unit 31 and a battery state estimation unit 32. The controller 3 is a control unit for estimating the state of the battery 1 based on the detection value of the ultrasonic sensor 2, and controls the ultrasonic sensor 2. The measurement unit 31 measures the hardness of the battery 1 from the detection value detected by the ultrasonic sensor 2. The battery state estimation unit 32 estimates the state of the battery 1 from the measurement value measured by the measurement unit 31.

ここで、電池1の硬さと電池1の状態との関係について説明する。図5は、電池1において、サイクル数に対する電池容量の特性を示すグラフである。サイクル数は、満充電状態の電池を、所定の容量まで放電し、再び満充電状態まで充電する充放電の回数を示している。図5の横軸で示すサイクル数(N)について、N1<N2<N3<N4とし、0からN1までのサイクル数は、N1からN2までのサイクル数と等しく、N2からN3まで及びN3からN4までのサイクル数も等しい。   Here, the relationship between the hardness of the battery 1 and the state of the battery 1 will be described. FIG. 5 is a graph showing characteristics of the battery capacity with respect to the number of cycles in the battery 1. The number of cycles indicates the number of times of charging / discharging in which the fully charged battery is discharged to a predetermined capacity and charged to the fully charged state again. 5, N1 <N2 <N3 <N4, and the number of cycles from 0 to N1 is equal to the number of cycles from N1 to N2, N2 to N3 and N3 to N4. The number of cycles until is also equal.

電池1には、リチウムイオン二次電池を使用した。そして、サイクル数がゼロの状態の電池の満充電容量に対して、各サイクルの充放電後の電池容量を評価したところ、図5に示すような特性が得られた。電池1は、充放電を繰り返すことで劣化するための、満充電時の電池容量は減少する。そのため、満充電時の電池容量は、図5に示すように、サイクル数の増加に伴って減少した。   As the battery 1, a lithium ion secondary battery was used. And when the battery capacity after charging / discharging of each cycle was evaluated with respect to the full charge capacity of the battery in a state where the number of cycles was zero, characteristics as shown in FIG. 5 were obtained. Since the battery 1 is deteriorated by repeated charge and discharge, the battery capacity at the time of full charge decreases. Therefore, as shown in FIG. 5, the battery capacity at full charge decreased as the number of cycles increased.

次に、充放電を繰り返した場合の電池の硬さについて、図6を用いて、説明する。図6は、電池の状態に対する電池の硬さの比率を示すグラフである。図6では、電池1に対して、電解液を注入した直後の電池の硬さ(h0)と、電解液がセパレータ12の空孔に完全に含浸した時の電池の硬さ(h1)とを評価した。そして、電解液を電池の空孔に完全に含浸させた後に、充放電のサイクル(N)を繰り返し、図5の電池容量が規定値(Qlim)まで減少した時の電池の硬さ(h2)を評価した。なお、容量規定値(Qlim)は、電池が所定の劣化度まで劣化したことを示すための閾値である。 Next, the hardness of the battery when charging and discharging are repeated will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a graph showing the ratio of the battery hardness to the battery state. In FIG. 6, the hardness (h0) of the battery immediately after injecting the electrolyte into the battery 1 and the hardness (h1) of the battery when the electrolyte is completely impregnated in the pores of the separator 12 are shown. evaluated. Then, after completely impregnating the battery holes with the electrolyte, the charge / discharge cycle (N) is repeated, and the battery hardness (h2) when the battery capacity in FIG. 5 decreases to the specified value (Q lim ). ) Was evaluated. The specified capacity value (Q lim ) is a threshold value for indicating that the battery has deteriorated to a predetermined deterioration level.

図6の横軸は、電池1の時系列の状態を示しており、「注液直後」は、電解液を注入した直後の状態を示しており、「含浸完了」は電解液を電池の空孔に完全に含浸させた状態を示しており、「容量規定値」は、充放電のサイクルを繰り返し、電池容量が規定値に達した状態を示している。図6の縦軸について、電池の硬さは、注入直後の硬さ(h0)に対する硬さの比率で表しており、H1=h1/h0であり、H2=h2/h0である。   The horizontal axis of FIG. 6 shows the time-series state of the battery 1, “immediately after injection” indicates the state immediately after the electrolyte solution is injected, and “impregnation complete” indicates that the electrolyte solution is empty in the battery. The state in which the pores are completely impregnated is shown, and the “capacity specification value” shows a state in which the battery capacity reaches the specified value by repeating the charge / discharge cycle. Regarding the vertical axis in FIG. 6, the hardness of the battery is represented by the ratio of the hardness to the hardness (h0) immediately after injection, and H1 = h1 / h0 and H2 = h2 / h0.

電解液を注入した直後から、電解液が電池1の空孔に含浸されると、電池1は硬くなるため、硬さの比率(H)は高くなり、H1(>1)になった。比率H1の時が、電池1が劣化していない状態であって、サイクル数がゼロの時の状態となる。そして、充放電のサイクルを繰り返すと、電池の劣化に伴って、電池1の硬さは増加し、容量規定値(Qlim)に達した電池1の硬さの比率は、H1より大きく、H2となった。電池1の電解液は、電池1の劣化に伴って減少するため、電池1が硬化する。すなわち、充放電のサイクル数が多くなると電池1の硬さは増加する。また、図5に示すように、充放電のサイクル数が多くなると、容量が減少し、電池1は劣化する。そのため、図7に示すように、電池の硬さと、電池の劣化状態には相関性があることが確認できる。 Immediately after injecting the electrolytic solution, when the electrolytic solution was impregnated in the vacancies of the battery 1, the battery 1 became hard, so the hardness ratio (H) increased to H1 (> 1). When the ratio is H1, the battery 1 is not deteriorated and the number of cycles is zero. When the charge / discharge cycle is repeated, the hardness of the battery 1 increases as the battery deteriorates, and the ratio of the hardness of the battery 1 that has reached the specified capacity value (Q lim ) is greater than H1 and H2 It became. Since the electrolyte solution of the battery 1 decreases as the battery 1 deteriorates, the battery 1 is cured. That is, the hardness of the battery 1 increases as the number of charge / discharge cycles increases. Further, as shown in FIG. 5, as the number of charge / discharge cycles increases, the capacity decreases and the battery 1 deteriorates. Therefore, as shown in FIG. 7, it can be confirmed that there is a correlation between the hardness of the battery and the deterioration state of the battery.

図7は、電池の状態に対する電池の硬さの比率の特性を示すグラフである。劣化無しは、サイクル数がゼロの状態で、使用前の電池の状態である。Qは劣化無しの状態の満充電時の電池容量である。規定の劣化状態は、充放電のサイクルを繰り返し、電池容量が規定値(Qlim)に達するまで劣化した電池1の状態を示している。 FIG. 7 is a graph showing the characteristics of the ratio of the battery hardness to the battery state. No deterioration is the state of the battery before use in a state where the number of cycles is zero. Q 0 is the battery capacity at the time of full charge with no deterioration. The prescribed deterioration state indicates the state of the battery 1 that has deteriorated until the battery capacity reaches a prescribed value (Q lim ) by repeating the charge / discharge cycle.

図7に示すように、電池の硬さと電池の劣化には相間があることが確認できた。そのため、電池の硬さを測定することができれば、図7の関係から、電池の1の劣化の状態を推定することができる。しかしながら、電池1を車両等に使用している状況下で、電池1の堅さを直接測定することは困難ではあるが、本例では、以下に説明するように、電池1内を伝播する振動波の特性を測定することで、電池の硬さを間接的に測定することを可能とした。   As shown in FIG. 7, it was confirmed that there was a phase difference between the hardness of the battery and the deterioration of the battery. Therefore, if the hardness of the battery can be measured, the deterioration state of the battery 1 can be estimated from the relationship shown in FIG. However, it is difficult to directly measure the hardness of the battery 1 under the situation where the battery 1 is used in a vehicle or the like, but in this example, as described below, the vibration propagating in the battery 1 By measuring the wave characteristics, it was possible to indirectly measure the hardness of the battery.

図8は、電池1の劣化状態及び電池1内を伝播する超音波の状態を説明するための概要図である。図8において、初期は、電池1を使用する前の状態を示し、劣化は、電池1を使用し、ある程度まで劣化した状態を示している。時間(0)の時に、送信器21から超音波が発信している。時間(0)で発信された超音波は、電池1内の伝播することで減衰しつつ、初期の状態の電池では、時間(T1)の時に受信器22で受信される。一方、劣化の状態の電池では、受信器22は時間(T2)の時に超音波を受信し、劣化の状態における伝播時間(T2)は、初期の状態における伝播時間(T1)より短くなっている。すなわち、電池1が劣化すると、電池1内を伝播する超音波の伝播時間は短くなる。   FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the deterioration state of the battery 1 and the state of ultrasonic waves propagating in the battery 1. In FIG. 8, the initial state shows a state before the battery 1 is used, and the deterioration shows a state in which the battery 1 is used and deteriorated to some extent. At time (0), ultrasonic waves are transmitted from the transmitter 21. The ultrasonic wave transmitted at time (0) is attenuated by propagating in the battery 1, while the battery in the initial state is received by the receiver 22 at time (T1). On the other hand, in the battery in the deteriorated state, the receiver 22 receives the ultrasonic wave at time (T2), and the propagation time (T2) in the deteriorated state is shorter than the propagation time (T1) in the initial state. . That is, when the battery 1 deteriorates, the propagation time of the ultrasonic wave propagating through the battery 1 is shortened.

次に、サイクル数と超音波の伝播時間との関係を図9に示す。図9は、サイクル数毎で評価した伝播時間を表すグラフである。電池1において、サイクル数がN1、N2、N3に達した時に、電池1内を伝播する伝播時間をそれぞれ評価した。図9に示すように、サイクル数の増加に伴い、伝播時間が短くなっていることが確認できる。そして、   Next, FIG. 9 shows the relationship between the number of cycles and the propagation time of ultrasonic waves. FIG. 9 is a graph showing the propagation time evaluated for each number of cycles. In the battery 1, when the number of cycles reached N1, N2, and N3, propagation times propagating through the battery 1 were evaluated. As shown in FIG. 9, it can be confirmed that the propagation time is shortened as the number of cycles increases. And

そして、サイクル数の増加により、電池1は硬化するため、伝播時間と、電池の硬化には相関があることが確認できる。電池1は硬化すると、電池1内の媒体密度が大きくなるため、電池1が硬化するほど、電池1内の振動波の伝播時間は短くなり、振動波の伝播速度は大きくなる。これにより、本例では、超音波センサ2を用いて、電池内を伝播する超音波を検出し、検出した超音波の伝播時間を測定することができるため、伝播時間を電池の硬さを示す指標として用いて、電池1の劣化の状態を推定する。   And since the battery 1 hardens | cures with the increase in the number of cycles, it can confirm that there exists a correlation between propagation time and hardening of a battery. When the battery 1 is cured, the medium density in the battery 1 is increased. Therefore, as the battery 1 is cured, the propagation time of the vibration wave in the battery 1 is shortened and the propagation speed of the vibration wave is increased. Thereby, in this example, since the ultrasonic wave propagating through the battery can be detected using the ultrasonic sensor 2 and the propagation time of the detected ultrasonic wave can be measured, the propagation time indicates the hardness of the battery. Using it as an index, the state of deterioration of the battery 1 is estimated.

以下、本例のコントローラ3の制御について、説明する。コントローラ3は、超音波センサ2を制御し、送信器21から超音波2を電池内に発信させる。コントローラ3は、受信器22により、送信器21から発信された超音波を受信する。測定部31は、送信器21から送信した超音波の送信時間と、受信器22の検出値に相当する、超音波の受信タイミングから受信時間を計測することで、超音波の伝播時間を計測する。これにより、測定部31は、電池の硬さの指標となる、振動波の伝播時間を測定する。   Hereinafter, control of the controller 3 of this example will be described. The controller 3 controls the ultrasonic sensor 2 and transmits the ultrasonic wave 2 from the transmitter 21 into the battery. The controller 3 receives the ultrasonic waves transmitted from the transmitter 21 by the receiver 22. The measuring unit 31 measures the propagation time of the ultrasonic wave by measuring the reception time from the transmission time of the ultrasonic wave transmitted from the transmitter 21 and the ultrasonic wave reception timing corresponding to the detection value of the receiver 22. . Thereby, the measurement part 31 measures the propagation time of a vibration wave used as the parameter | index of the hardness of a battery.

また測定部31は、電池1の容量減少量を計測する。容量減少量は、電池1が使用していない状態の満充電の時の容量に対して、電池を使用することで、減少した電池容量を示している。測定部31は、電池1の電流、電圧を計測するセンサ(図示しない)の検出値を用いて、電池1の満充電時の電池容量を測定する。そして、測定部31には、未使用時の電池1の満充電容量が記録されているため、測定部は、当該満充電容量及び測定した電池容量から、電池1の容量減少量を測定する。   In addition, the measurement unit 31 measures the capacity reduction amount of the battery 1. The capacity reduction amount indicates a battery capacity that is reduced by using the battery with respect to the capacity when the battery 1 is not fully used. The measurement unit 31 measures the battery capacity when the battery 1 is fully charged, using detection values of a sensor (not shown) that measures the current and voltage of the battery 1. And since the full charge capacity of the battery 1 when not in use is recorded in the measurement part 31, the measurement part measures the capacity decrease amount of the battery 1 from the full charge capacity and the measured battery capacity.

電池状態推定部32は、測定部31で測定された伝播時間(T)と、劣化領域判定時間(T)、停止領域判定時間(T)とを比較して、電池の状態を推定する。劣化領域判定時間(T)は、電池の劣化が過度に進んでいることを示す伝播時間の閾値であって、容量減少率に応じて設定される値である。劣化領域判定時間(T)は、容量減少率の増加に伴って、小さくなるように設定される。 The battery state estimation unit 32 estimates the state of the battery by comparing the propagation time (T s ) measured by the measurement unit 31 with the degradation region determination time (T a ) and the stop region determination time (T b ). To do. The degradation area determination time (T a ) is a threshold value for the propagation time indicating that the battery is excessively degraded, and is a value set according to the capacity reduction rate. The deteriorated area determination time (T a ) is set so as to decrease as the capacity reduction rate increases.

図5に示したように、電池1の充放電を繰り返し、サイクル数を重ねることで、電池容量は減少するため、容量減少量は増加する。そして、容量減少量の増加に伴って、電池の劣化も進むため、超音波の伝播時間が短くなる。この時、容量減少量に対する電池の劣化度は、電池の使用履歴や使用環境によって異なる。例えば、車両の運転により、電池1に対して大きな負荷がかかる場合には、電池1の劣化速度は、通常の電池1の劣化速度よりも早く進む。通常の電池1は、電池1に対して、負荷が平均的にかかった状態の電池1であって、劣化が平均的に進んでいる電池である。そのため、測定された伝播時間(T)が、劣化領域判定時間(T)より小さい場合には、測定された電池1の劣化度は、通常の電池における劣化度より高いことになる。 As shown in FIG. 5, since the battery capacity is decreased by repeating the charging and discharging of the battery 1 and repeating the number of cycles, the capacity decrease amount increases. As the capacity reduction amount increases, the deterioration of the battery also progresses, so that the ultrasonic propagation time is shortened. At this time, the degree of deterioration of the battery with respect to the amount of capacity reduction varies depending on the battery usage history and usage environment. For example, when a large load is applied to the battery 1 due to driving of the vehicle, the deterioration rate of the battery 1 proceeds faster than the deterioration rate of the normal battery 1. A normal battery 1 is a battery 1 in which a load is applied to the battery 1 on an average, and the deterioration is averagely advanced. Therefore, when the measured propagation time (T s ) is shorter than the deterioration region determination time (T a ), the measured deterioration degree of the battery 1 is higher than the deterioration degree of a normal battery.

停止領域判定時間(T)は、電池機能が停止していることを示す伝播時間の閾値であって、劣化領域判定閾値(T)より大きい値が設定されている。何らの原因で、電池の機能が停止した場合には、送信器21から送信された超音波は、電池1内を伝搬しない、あるいは、超音波が受信器22まで伝播しても、伝播時間がかなり長くなる。そのため、測定された伝播時間(T)が、停止領域判定閾値(T)より大きい場合には、測定された電池1について、電池機能が停止していることになる。 The stop region determination time (T b ) is a propagation time threshold value indicating that the battery function is stopped, and is set to a value larger than the deterioration region determination threshold value (T a ). When the function of the battery is stopped for any reason, the ultrasonic wave transmitted from the transmitter 21 does not propagate in the battery 1 or the propagation time is not increased even if the ultrasonic wave propagates to the receiver 22. It will be quite long. Therefore, when the measured propagation time (T s ) is larger than the stop region determination threshold value (T b ), the battery function is stopped for the measured battery 1.

図10を用いて、容量減少量、伝播時間、劣化領域判定閾値(T)及び停止領域判定時間(T)の関係について説明する。図10は、容量減少量に対する伝播時間の特性において、劣化領域及び停止領域を説明するためのグラフである。劣化領域は、劣化が過度に進んでいることを示す領域である。停止領域は、電池機能が停止していることを示す領域である。また、QsLは、電池の使用回数が限界数に達した時の、通常の電池1における容量減少量を示している。 The relationship among the capacity reduction amount, the propagation time, the degradation region determination threshold (T a ), and the stop region determination time (T b ) will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a graph for explaining the degradation region and the stop region in the propagation time characteristic with respect to the capacity decrease amount. The deterioration area is an area indicating that deterioration is excessively advanced. The stop area is an area indicating that the battery function is stopped. Q sL indicates the amount of decrease in the capacity of the normal battery 1 when the number of times the battery has been used reaches the limit number.

劣化領域判定閾値(T)について、通常の電池1であっても、充放電を繰り返すことで、電池1の劣化は進んでいる。そして、劣化領域判定閾値(T)で示される伝播時間は、容量減少率の増加に伴って減少する。そのため、劣化領域判定閾値(T)は、グラフAに示されるように、容量減少率に比例して減少するように設定される。 Regarding the degradation region determination threshold (T a ), even in the case of a normal battery 1, the battery 1 is further deteriorated by repeating charging and discharging. Then, the propagation time indicated by the deteriorated region determination threshold (T a ) decreases as the capacity reduction rate increases. Therefore, the degradation region determination threshold (T a ) is set so as to decrease in proportion to the capacity decrease rate, as shown in the graph A.

一方、停止領域判定時間(T)は、電池1の機能停止を判定するための閾値であって、電池1を使用する際の制限値に対応するため、一定の値に設定されている。 On the other hand, the stop region determination time (T b ) is a threshold value for determining the function stop of the battery 1 and is set to a constant value in order to correspond to a limit value when the battery 1 is used.

伝播時間が、劣化領域判定閾値(T)より小さい範囲が、劣化領域に設定されている。劣化領域において、伝播時間(T)が小さくなるほど、劣化度が大きいことになる。また、伝播時間が停止領域判定時間(T)より大きい範囲が、停止領域となる。 A range in which the propagation time is smaller than the degradation region determination threshold (T a ) is set as the degradation region. In the deterioration region, the degree of deterioration increases as the propagation time (T s ) decreases. Further, a range in which the propagation time is longer than the stop region determination time (T b ) is a stop region.

本例では、劣化領域判定閾値(Ta)を中心とした、所定の範囲(Ta+からTa−の間の範囲)内を、正常領域として設定している。電池1内を伝播する超音波の伝播時間は、電池1の充電状態(SOC:State of Charge)等で変わる。そのため、本例は、劣化領域判定閾値(T)に対して、所定の幅をもたせることで、電池状態の推定精度を高めている。 In this example, around the deterioration area determination threshold (Ta), within a predetermined range (range between T a + a T a-), it is set as a normal region. The propagation time of the ultrasonic wave propagating through the battery 1 varies depending on the state of charge (SOC: State of Charge) of the battery 1 or the like. Therefore, in this example, the estimation accuracy of the battery state is increased by giving a predetermined width to the deterioration region determination threshold (T a ).

すなわち、本例では、劣化領域判定閾値(T)を中心とする所定の範囲内で、下限値となる劣化判定領域閾値(Ta−)を、正常領域と劣化判定領域との間の判定閾値として設定している。そして、伝播時間が劣化判定領域閾値(Ta−)以下である場合には、電池状態推定部32は、電池1の状態が過度に劣化している状態であると判定する。また、伝播時間が劣化判定領域閾値(Ta−)より大きく、かつ、停止領域判定時間(T)未満である場合には、電池状態推定部32は、電池1の状態が正常な状態であると判定する。そして、伝播時間が停止領域判定時間(T)以上である場合には、電池状態推定部32は、電池1の状態が機能停止の状態であると判定する。 That is, in this example, the deterioration determination region threshold (T a− ) that is the lower limit value within a predetermined range centered on the deterioration region determination threshold (T a ) is determined between the normal region and the deterioration determination region. It is set as a threshold value. When the propagation time is equal to or less than the deterioration determination region threshold (T a− ), the battery state estimation unit 32 determines that the state of the battery 1 is excessively deteriorated. In addition, when the propagation time is longer than the deterioration determination region threshold (T a− ) and less than the stop region determination time (T b ), the battery state estimation unit 32 determines that the state of the battery 1 is normal. Judge that there is. When the propagation time is equal to or longer than the stop region determination time (T b ), the battery state estimation unit 32 determines that the state of the battery 1 is a function stop state.

以下、図10を参照しつつ、コントローラ3による電池1の状態の推定制御について説明する。上記のように、測定部31により、超音波の伝播時間(T)及び容量減少量(Q)が測定された後、電池状態推定部32は、容量減少量(Q)に基づいて劣化領域判定閾値(T)を設定する。 Hereinafter, the estimation control of the state of the battery 1 by the controller 3 will be described with reference to FIG. As described above, after the ultrasonic wave propagation time (T s ) and the capacity reduction amount (Q s ) are measured by the measurement unit 31, the battery state estimation unit 32 is based on the capacity reduction amount (Q s ). A deteriorated area determination threshold (T a ) is set.

図10に示すように、測定部31で測定された容量減少量(Q)が容量減少量(Qs1)であったとすると、電池状態推定部32は、グラフAにおいて、容量減少量(Qs1)に対応する閾値(Ta1)を、劣化領域判定閾値(T)に設定する。また、電池状態推定部32は、劣化領域判定閾値(Ta1)を含む所定の領域を、正常領域に設定し、当該所定の領域の下限値の劣化領域判定閾値(Ta−)を設定する。 As shown in FIG. 10, when the capacity reduction amount (Q s ) measured by the measurement unit 31 is the capacity reduction amount (Q s1 ), the battery state estimation unit 32 displays the capacity reduction amount (Q The threshold value (T a1 ) corresponding to s1 ) is set to the deteriorated region determination threshold value (T a ). Further, the battery state estimation unit 32 sets a predetermined area including the deteriorated area determination threshold (T a1 ) as a normal area, and sets a deteriorated area determination threshold (T a− ) as a lower limit value of the predetermined area. .

次に、電池状態推定部32は、測定部31の測定値である伝播時間(T)と、劣化領域判定閾値(Ta−)とを比較し、伝播時間(T)と停止領域判定時間(T)とを比較する。 Then, the battery state estimation unit 32 includes a measurement value in the form of the propagation time measuring unit 31 (T s), compared with the deterioration area determination threshold value (T a-), the propagation time (T s) and the stopping area determination Compare the time (T b ).

伝播時間(T)が、劣化領域判定閾値(Ta−)より大きく、停止領域判定時間(T)より小さい場合には、電池状態推定部32は、電池1の状態を、正常な劣化状態であると判定する。一方、伝播時間(T)が、劣化領域判定閾値(Ta−)以下である場合には、電池状態判定部32は、電池1の状態が劣化領域内にあり、電池1が過度に劣化している状態である、と判定する。また、伝播時間(T)が停止領域判定時間(T)以上である場合には、電池状態判定部32は、電池1の状態が停止領域内にあり、電池1が機能停止の状態である、と判定する。 When the propagation time (T s ) is larger than the deterioration region determination threshold (T a− ) and shorter than the stop region determination time (T b ), the battery state estimation unit 32 changes the state of the battery 1 to normal deterioration. It is determined that it is in a state. On the other hand, when the propagation time (T s ) is equal to or less than the deterioration region determination threshold value (T a− ), the battery state determination unit 32 indicates that the state of the battery 1 is in the deterioration region and the battery 1 is excessively deteriorated. It is determined that it is in a state of being. Further, when the propagation time (T s ) is equal to or longer than the stop region determination time (T b ), the battery state determination unit 32 indicates that the state of the battery 1 is in the stop region and the battery 1 is in a function stop state. It is determined that there is.

そして、電池1の状態が機能停止の状態であると判定した場合には、コントローラ3は、機能停止状態であることをランプの表示等で、ユーザに注意を喚起する。また、電池1の状態が過度に劣化している状態であると判定した場合には、または、電池1の状態が正常であると判定した場合には、コントローラ3は、ランプの表示等をしない、あるいは、電池1の状態の判定結果を報知する。   When it is determined that the state of the battery 1 is in a function stop state, the controller 3 alerts the user that the function is in a stop state by displaying a lamp or the like. Further, when it is determined that the state of the battery 1 is excessively deteriorated, or when it is determined that the state of the battery 1 is normal, the controller 3 does not display a lamp or the like. Alternatively, the determination result of the state of the battery 1 is notified.

次に、図11を用いて、コントローラ3の制御手順について説明する。図11は、コントローラ3の制御手順を示すフローチャートである。   Next, the control procedure of the controller 3 will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a flowchart showing a control procedure of the controller 3.

ステップS1にて、コントローラ3は、超音波センサ2を制御して、送信器21から超音波を発信させて、受信器22により超音波を受信することで、電池1内を伝播する超音波を検出する。ステップS2にて、測定部31は、送信器21の送信時間と、受信器22の受信時間から、超音波の伝播時間(T)を測定する。測定部31は、電流、電圧センサの検出値から、電池1の容量減少量を測定する(ステップS3)。 In step S <b> 1, the controller 3 controls the ultrasonic sensor 2, transmits an ultrasonic wave from the transmitter 21, and receives the ultrasonic wave by the receiver 22, thereby transmitting the ultrasonic wave propagating through the battery 1. To detect. In step S <b> 2, the measurement unit 31 measures the ultrasonic propagation time (T s ) from the transmission time of the transmitter 21 and the reception time of the receiver 22. The measurement unit 31 measures the capacity decrease amount of the battery 1 from the detection values of the current and voltage sensors (step S3).

電池状態推定部32は、測定された容量減少量から劣化領域判定閾値(Ta−)を設定し、正常領域を設定する(ステップS4)。ステップS5にて、電池状態推定部32は、測定された伝播時間(T)と劣化領域判定閾値(Ta−)とを比較する。 The battery state estimation unit 32 sets a deterioration region determination threshold (T a− ) from the measured capacity reduction amount, and sets a normal region (step S4). In step S <b> 5, the battery state estimation unit 32 compares the measured propagation time (T s ) with the degradation region determination threshold value (T a− ).

伝播時間(T)が劣化領域判定閾値(Ta−)以下である場合には、ステップS6にて、電池状態推定部32は、電池1が過度な劣化状態である、と判定し、本例の制御を終了する。なお、超音波が電池1内で伝播されず、受信器22で受信されない場合には、伝播時間(T)が停止領域判定閾値(T)以上になったと判定すればよい。 If the propagation time (T s ) is equal to or less than the degradation region determination threshold (T a− ), the battery state estimation unit 32 determines in step S6 that the battery 1 is in an excessively deteriorated state, and this End the example control. Incidentally, the ultrasonic is not propagated in the cell 1, if not received by the receiver 22, it may be determined that the propagation time (T s) becomes more stopping area determination threshold (T b).

ステップS5に戻り、伝播時間(T)が劣化領域判定閾値(Ta−)より大きい場合には、電池状態推定部32は、伝播時間(T)と、停止領域判定閾値(T)を比較する(ステップS7)。伝播時間(T)が停止領域判定閾値(T)以上である場合には、ステップS8にて、電池状態推定部32は、電池1が電池機能の停止にあると判定する。なお、超音波が電池1内で伝播されず、受信器22で受信されない場合には、伝播時間(T)が停止領域判定閾値(T)以上になったと判定すればよい。ステップS9にて、コントローラ3は、警告ランプの表示し、本例の制御を終了する。 Returning to step S5, when the propagation time (T s ) is larger than the degradation region determination threshold (T a− ), the battery state estimation unit 32 determines the propagation time (T s ) and the stop region determination threshold (T b ). Are compared (step S7). If the propagation time (T s ) is equal to or greater than the stop region determination threshold (T b ), the battery state estimation unit 32 determines that the battery 1 is in a battery function stop in step S8. Incidentally, the ultrasonic is not propagated in the cell 1, if not received by the receiver 22, it may be determined that the propagation time (T s) becomes more stopping area determination threshold (T b). In step S9, the controller 3 displays a warning lamp and ends the control of this example.

ステップS7に戻り、伝播時間(T)が停止領域判定閾値(T)より小さい場合には、ステップS10にて、電池状態推定部32は、電池1が正常の状態である、と判定し、本例の制御を終了する。 Returning to step S7, if the propagation time (T s ) is smaller than the stop region determination threshold (T b ), in step S10, the battery state estimation unit 32 determines that the battery 1 is in a normal state. Then, the control of this example is finished.

上記のように、本例は、超音波センサ2により、電池1内を伝播する超音波を検出し、測定部31により超音波センサ2の検出値から電池1の硬さを測定し、電池1の硬さと電池1の状態との関係に基づき、測定部31の測定値から電池1の状態を推定する。これにより、本例は、現在の電池1の硬さによって、電池1の状態を推定する為、電池1の劣化の状態や、電池1の機能停止の状態等を、高い精度で推定することができる。   As described above, in this example, the ultrasonic sensor 2 detects ultrasonic waves propagating in the battery 1, the measurement unit 31 measures the hardness of the battery 1 from the detection value of the ultrasonic sensor 2, and the battery 1 Based on the relationship between the hardness of the battery 1 and the state of the battery 1, the state of the battery 1 is estimated from the measurement value of the measurement unit 31. Thereby, in this example, since the state of the battery 1 is estimated based on the current hardness of the battery 1, it is possible to estimate the deterioration state of the battery 1 and the function stop state of the battery 1 with high accuracy. it can.

ところで、本例とは異なり、従来においては、予めメモリ等に記録している電池の基礎データ(劣化してない状態の電池の初期データ)を参照して、電池1の劣化状態を検出していた。そのため、車両等の電池1の使用環境や使用履歴が異なる場合には、電池1の実際の劣化状態が検出結果と異なり、劣化の検出精度が低いという問題があった。   By the way, unlike this example, conventionally, the deterioration state of the battery 1 is detected with reference to basic data of the battery (initial data of the battery that has not deteriorated) recorded in advance in a memory or the like. It was. Therefore, when the usage environment and usage history of the battery 1 such as a vehicle are different, the actual deterioration state of the battery 1 is different from the detection result, and there is a problem that the detection accuracy of deterioration is low.

また、従来では、車両の走行中等により負荷が電池1にかかっている状況の電池状態の検出精度が、充放電時における電池状態の検出精度より低い、という問題もあった。   Further, conventionally, there has been a problem that the detection accuracy of the battery state when the load is applied to the battery 1 during traveling of the vehicle is lower than the detection accuracy of the battery state at the time of charge / discharge.

本発明では、電池の硬さを測定し、電池の硬さと電池の状態との関係に基づいて、電池の状態を推定しているため、過去の電池の使用状況、使用履歴に関わらず、測定時点の電池状態から、劣化や機能停止等の状態を推定することができ、電池1の状態の推定精度を高めることができる。また、本例は、電池の硬さを測定しているため、車両の走行中等により負荷が電池1にかかっている状況でも、電池1の状態を推定することができる。   In the present invention, since the hardness of the battery is measured and the state of the battery is estimated based on the relationship between the hardness of the battery and the state of the battery, the measurement is performed regardless of the past battery usage status and usage history. From the battery state at the time, it is possible to estimate a state such as deterioration or function stop, and the state accuracy of the battery 1 can be improved. Moreover, since the hardness of the battery is measured in this example, the state of the battery 1 can be estimated even when the load is applied to the battery 1 during traveling of the vehicle or the like.

また本例は、送信器21及び受信器22で送受信される超音波から、電池1内の超音波の伝播時間を、電池1の硬さの指標として測定し、電池1の状態を推定する。これにより、電池1の硬さを把握することができるため、電池1の状態の推定精度を高めることができる。   Further, in this example, the ultrasonic wave propagation time in the battery 1 is measured as an index of the hardness of the battery 1 from the ultrasonic waves transmitted and received by the transmitter 21 and the receiver 22, and the state of the battery 1 is estimated. Thereby, since the hardness of the battery 1 can be grasped | ascertained, the estimation precision of the state of the battery 1 can be improved.

また、本例は、外装部材16の表面上で、対角の位置に、送信器21及び受信器22をそれぞれ配置している。これにより、超音波の伝播距離を長くすることができるため、超音波の音速変化に対する、測定精度を高めることができる。   Further, in this example, the transmitter 21 and the receiver 22 are respectively arranged at diagonal positions on the surface of the exterior member 16. Thereby, since the propagation distance of an ultrasonic wave can be lengthened, the measurement precision with respect to the sound speed change of an ultrasonic wave can be improved.

また、本例は、外装部材16の表面に対して鋭角に超音波が入射されるように、送信器21を配置している。これにより、超音波の伝播距離を長くすることができるため、超音波の音速変化に対する測定精度を高めることができる。   In this example, the transmitter 21 is arranged so that ultrasonic waves are incident at an acute angle with respect to the surface of the exterior member 16. Thereby, since the propagation distance of an ultrasonic wave can be lengthened, the measurement precision with respect to the sound speed change of an ultrasonic wave can be improved.

また、本例は、測定部31で測定された伝播時間(T)が劣化領域判定閾値より小さい場合には、電池1の劣化が過度に進んでいる、と推定する。これにより、電池1の使用履歴、使用環境により、電池1の劣化状態が過度に進んだ場合でも、電池1の劣化の状態を精度よく推定することができる。 Further, in this example, when the propagation time (T s ) measured by the measurement unit 31 is smaller than the deterioration region determination threshold, it is estimated that the deterioration of the battery 1 is excessively advanced. Thereby, even when the deterioration state of the battery 1 progresses excessively due to the use history and use environment of the battery 1, the deterioration state of the battery 1 can be accurately estimated.

また、本例は、測定部31で測定された伝播時間(T)が停止領域判定閾値(Tb)より大きい場合には、電池1の機能停止している、と推定する。これにより、何らかの原因で、電池1の機能が停止した場合でも、電池1の状態を精度よく推定することできる。 Further, in this example, when the propagation time (T s ) measured by the measurement unit 31 is larger than the stop region determination threshold (Tb), it is estimated that the function of the battery 1 is stopped. Thereby, even when the function of the battery 1 is stopped for some reason, the state of the battery 1 can be accurately estimated.

また本例において、電池1の外装部材16、17は、発電要素を覆ったラミネート材で形成されている。これにより、電池1をラミネート型(扁平型)にすることで、外部から電池1の硬さを測定することができる。またラミネート構造の電池1は缶型構造の電池と比較すると、ある箇所の変位(振動)を検出し易いため、振動の特性の変化を把握することができる。また外装部材16、17に薄く柔軟性のあるラミネートを使用している為、電池の特性を直接取得することができる。   Moreover, in this example, the exterior members 16 and 17 of the battery 1 are formed of a laminate material that covers the power generation element. Thereby, the hardness of the battery 1 can be measured from the exterior by making the battery 1 into a laminate type (flat type). Moreover, since the battery 1 having a laminate structure is easier to detect a displacement (vibration) at a certain place than a battery having a can structure, it is possible to grasp a change in vibration characteristics. Further, since the thin and flexible laminate is used for the exterior members 16 and 17, the characteristics of the battery can be directly acquired.

なお、本発明の変形例として、図12に示すように、上部外装部材16に送信器21を設け、下部外装部材17に受信器22を設けてもよい。図12は、本発明の変形例に係る電池状態判定装置の電池1と超音波センサ2の構成を示す斜視図である。上部外装部材16における送信器21の取り付け位置は、下部外装部材17における受信器22の取り付け位置と対向する位置に設けられている。そして、送信器21から送信される超音波は、上部外装部材16の表面に沿った方向に対して、垂直方向に送信され、電池1内を伝播し、受信器22により受信される。   As a modification of the present invention, as shown in FIG. 12, a transmitter 21 may be provided on the upper exterior member 16 and a receiver 22 may be provided on the lower exterior member 17. FIG. 12 is a perspective view showing configurations of the battery 1 and the ultrasonic sensor 2 of the battery state determination device according to the modification of the present invention. The attachment position of the transmitter 21 on the upper exterior member 16 is provided at a position facing the attachment position of the receiver 22 on the lower exterior member 17. The ultrasonic wave transmitted from the transmitter 21 is transmitted in a direction perpendicular to the direction along the surface of the upper exterior member 16, propagates in the battery 1, and is received by the receiver 22.

また、本例は、扁平型の電池1に対して、超音波センサ2を設けて電池1の状態を推定したが、扁平型の電池1に限らず、例えば円筒型の電池に超音波センサ2を設けて、上記と同様に、電池1の状態を推定してもよい。図14は送信器21の斜視図を、図15は図のB−B線に沿った断面図を示す。図14、15に示すように、送信器2の表面のうち、円筒状の電池1と接触する面(超音波が送信される面)が曲面に形成され、円筒状の電池の側面に沿うように形成されている。受信器22の受信面も同様に、円筒状の電池の側面に沿うよう曲面に形成される。これにより、本例の電池状態推定装置は、円形状の電池1にも適用することができる。   In this example, the ultrasonic sensor 2 is provided for the flat battery 1 and the state of the battery 1 is estimated. However, the ultrasonic sensor 2 is not limited to the flat battery 1, and may be, for example, a cylindrical battery. And the state of the battery 1 may be estimated in the same manner as described above. FIG. 14 is a perspective view of the transmitter 21, and FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line BB of the drawing. As shown in FIGS. 14 and 15, the surface of the transmitter 2 that comes into contact with the cylindrical battery 1 (the surface on which ultrasonic waves are transmitted) is formed into a curved surface so as to be along the side surface of the cylindrical battery. Is formed. Similarly, the receiving surface of the receiver 22 is formed into a curved surface along the side surface of the cylindrical battery. Thereby, the battery state estimation apparatus of this example can be applied to the circular battery 1.

なお、本例は、測定部31で測定された伝播時間に応じて、電池1の劣化度を推定してもよい。図6に示すように、電池1の硬さと電池の劣化の状態は相関をもっており、図6の関係から、電池の劣化度は、電池の硬さが大きくなるほど、大きくなる。そして、本例では、電池の硬さの指標として、伝播時間を用いており、伝播時間と電池の硬さとの間にも相関がある。   In this example, the deterioration degree of the battery 1 may be estimated according to the propagation time measured by the measurement unit 31. As shown in FIG. 6, the hardness of the battery 1 and the state of deterioration of the battery are correlated, and from the relationship of FIG. 6, the degree of deterioration of the battery increases as the hardness of the battery increases. In this example, the propagation time is used as an index of the hardness of the battery, and there is a correlation between the propagation time and the hardness of the battery.

そのため、電池状態推定部32は、電池1の硬さに対応する伝播時間と、電池1の劣化度との関係を示すマップを予め記録する。そして、電池状態推定部32は、測定部31で測定された伝播時間から、当該マップを参照することで、マップ上で対応する劣化度を、電池1の劣化状態として推定する。これにより、本例は、伝播時間と劣化度とのマップを用いて、電池1の劣化状態を推定することができる。   Therefore, the battery state estimation unit 32 records in advance a map indicating the relationship between the propagation time corresponding to the hardness of the battery 1 and the degree of deterioration of the battery 1. Then, the battery state estimation unit 32 estimates the degree of deterioration corresponding to the map as the deterioration state of the battery 1 by referring to the map from the propagation time measured by the measurement unit 31. Thereby, this example can estimate the deterioration state of the battery 1 using the map of propagation time and deterioration degree.

なお、本例は、電池1の硬さの指標として伝播時間を用いたが、測定部31で測定した伝播時間から伝播速度を算出し、伝播速度から電池1の状態を推定してもよい。   In this example, the propagation time is used as an index of the hardness of the battery 1. However, the propagation speed may be calculated from the propagation time measured by the measurement unit 31, and the state of the battery 1 may be estimated from the propagation speed.

また、本例では、正常領域と劣化領域との判定閾値として、劣化領域判定閾値(Ta−)を用いたが、劣化領域判定閾値(Ta+)又は劣化領域判定閾値(T)であってもよい。 In this example, the degradation region determination threshold (T a− ) is used as the determination threshold for the normal region and the degradation region. However, the degradation region determination threshold (T a + ) or the degradation region determination threshold (T a ) is used. May be.

上記の超音波センサ2が本発明の「第1センサ」に相当し、測定部31が本発明の「測定手段」に、電池状態推定部32が本発明の「電池状態推定手段」に、送信器21が「送信手段」に、受信器22が「受信手段」に相当する。   The ultrasonic sensor 2 corresponds to the “first sensor” of the present invention, the measurement unit 31 transmits to the “measurement unit” of the present invention, and the battery state estimation unit 32 transmits to the “battery state estimation unit” of the present invention. The device 21 corresponds to “transmission means”, and the receiver 22 corresponds to “reception means”.

《第2実施形態》
図15は、発明の他の実施形態に係る電池状態推定装置のブロック図である。本例では上述した第1実施形態に対して、センサの構成と、コントローラ3の制御の一部が異なる。これ以外の構成は上述した第1実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。
<< Second Embodiment >>
FIG. 15 is a block diagram of a battery state estimation device according to another embodiment of the invention. In this example, the sensor configuration and a part of the control of the controller 3 are different from the first embodiment described above. Since the configuration other than this is the same as that of the first embodiment described above, the description thereof is incorporated as appropriate.

電池状態推定装置は、電池1と、コントローラ3と、ピックアップセンサ4と、取り付け板51と、支持部材52、53とを備えている。ピックアップセンサ4は、電池1及び取り付け板51の振動を検出するためのセンサである。ピックアップセンサ4は、電池1の表面に設けられたピックアップセンサ41、及び、取り付け板51の表面に設けられたピックアップセンサ42により構成されている。   The battery state estimation device includes a battery 1, a controller 3, a pickup sensor 4, a mounting plate 51, and support members 52 and 53. The pickup sensor 4 is a sensor for detecting vibrations of the battery 1 and the mounting plate 51. The pickup sensor 4 includes a pickup sensor 41 provided on the surface of the battery 1 and a pickup sensor 42 provided on the surface of the attachment plate 51.

電池1は、取り付け板51を介して車体4に設けられている。取り付け板51は、電池1を車体4に取り付けるための板状の部材であって、電池1及び車体4よりも剛性の高い材料により形成されている。取り付け板51は、支持部材52により、車体4に固定されている。また、電池1は、支持部材53により取り付け板51に固定されている。支持部材52、53はビス等により、電池1と取り付け板51との間、及び、取り付け板51と車体4との間に、それぞれ間隔を空けつつ、電池1、取り付け板51及び車両を締結させる部材である。この構成により、車体4の剛性によらず、電池1と支持部材53との締結部分に、車両1の振動に基づく一定の加振力を加えることができる。   The battery 1 is provided on the vehicle body 4 via a mounting plate 51. The attachment plate 51 is a plate-like member for attaching the battery 1 to the vehicle body 4, and is formed of a material having higher rigidity than the battery 1 and the vehicle body 4. The mounting plate 51 is fixed to the vehicle body 4 by a support member 52. The battery 1 is fixed to the mounting plate 51 by a support member 53. The support members 52 and 53 fasten the battery 1, the mounting plate 51, and the vehicle with screws or the like while leaving a space between the battery 1 and the mounting plate 51 and between the mounting plate 51 and the vehicle body 4. It is a member. With this configuration, a constant excitation force based on the vibration of the vehicle 1 can be applied to the fastening portion between the battery 1 and the support member 53 regardless of the rigidity of the vehicle body 4.

ピックアップセンサ41の、電池1の表面上における取り付け位置について、説明する。Kを電池1の硬さによるバネ定数をK、電池1に加わる加浸力をP、電池1の変位をδとすると、K、P及びδの間には、K=P/δの関係式が成立する。   The mounting position of the pickup sensor 41 on the surface of the battery 1 will be described. If K is the spring constant due to the hardness of the battery 1, P is the soaking force applied to the battery 1, and δ is the displacement of the battery 1, the relational expression of K = P / δ between K, P and δ. Is established.

ピックアップセンサ41の取り付け位置は、取り付け板51との間で可能な限り距離を取るように取り付けられている。これにより、電池1に加振力が加わったときの変位を大きく取ることができる。   The mounting position of the pickup sensor 41 is mounted so as to be as far as possible from the mounting plate 51. Thereby, a large displacement can be obtained when an excitation force is applied to the battery 1.

車体4のロードノイズやエンジン10の振動等により、電池1及び取り付け板51が振動すると、ピックアップセンサ41、42は、当該振動による電池1及び取り付け板51の振動加速度を検出し、検出した値を、電気信号によりコントローラ3に出力する。これにより、ピックアップセンサ41、42は、外部からの加振力による電池1及び取り付け板51の振動波を検出し、コントローラ3に出力する。   When the battery 1 and the mounting plate 51 vibrate due to the road noise of the vehicle body 4 or the vibration of the engine 10, the pickup sensors 41 and 42 detect the vibration acceleration of the battery 1 and the mounting plate 51 due to the vibration, and the detected value is And output to the controller 3 by an electrical signal. Thereby, the pickup sensors 41 and 42 detect vibration waves of the battery 1 and the mounting plate 51 due to an external excitation force, and output them to the controller 3.

すなわち、第1実施形態では、超音波センサ2の送信器21により、電池1内に振動波を発生させたが、本例では、送信器21のような発信器を用いることなく、電池1の外部で発生した振動を利用して、電池1内の振動波を検出する構成になっている。   That is, in the first embodiment, a vibration wave is generated in the battery 1 by the transmitter 21 of the ultrasonic sensor 2, but in this example, the transmitter 1 of the battery 1 is used without using a transmitter such as the transmitter 21. The configuration is such that vibration waves in the battery 1 are detected using externally generated vibrations.

測定部31は、ピックアップセンサ41の検出値とピックアップセンサ42の検出値との差分をとることで、電池1の振動の周波数特性を測定する。本例では、電池の硬さを表す指標として、電池1の振動波の振動周波数を用いている。   The measurement unit 31 measures the frequency characteristic of the vibration of the battery 1 by taking the difference between the detection value of the pickup sensor 41 and the detection value of the pickup sensor 42. In this example, the vibration frequency of the vibration wave of the battery 1 is used as an index representing the hardness of the battery.

ここで、電池1の振動周波数の特性について説明する。図16は、振動周波数に対するイナータンスの特性を示すグラフである。イナータンスは、ピックアップセンサ4の測定点における、加速度と加振力との比を表している。   Here, the characteristics of the vibration frequency of the battery 1 will be described. FIG. 16 is a graph showing the inertance characteristics with respect to the vibration frequency. The inertance represents the ratio between the acceleration and the excitation force at the measurement point of the pickup sensor 4.

グラフaは、サイクル数が少なく、電池1が殆ど劣化していない状態の特性を示している。グラブbは、グラフaと比較して、サイクル数が多く、ある程度劣化が進んだ電池1の状態の特性を示している。グラフcは、グラフa、bと比較して、サイクル数がさらに多く、電池1の劣化が最も進んだ状態の特性を示している。   Graph a shows the characteristics in a state where the number of cycles is small and the battery 1 is hardly deteriorated. The grab b shows the characteristics of the state of the battery 1 in which the number of cycles is larger and the deterioration has progressed to some extent as compared with the graph a. Graph c shows characteristics in a state in which the number of cycles is further increased and deterioration of battery 1 is most advanced as compared with graphs a and b.

また、グラフa、b、cの特性で、最もイナータンスの高い周波数、fa、fb、fcが、電池1の振動波の共振周波数である。グラフa〜cに示すように、電池1の劣化が進むと、電池の1の振動波の周波数特性は変化し、共振周波数が高くなる(fa<fb<fc)。   Further, in the characteristics of the graphs a, b, and c, the highest inertance frequency, fa, fb, and fc, are the resonance frequencies of the vibration wave of the battery 1. As shown in the graphs a to c, when the deterioration of the battery 1 progresses, the frequency characteristic of the vibration wave of the battery 1 changes and the resonance frequency increases (fa <fb <fc).

正常な劣化傾向を示す実際の電池において、劣化状態と、共振周波数との関係を示すデータを、表1に示す。電池劣化量は、放電容量の減少量を割合で示している。放電容量は、電池1が完全に放電状態となる(SOCが0%)までに、放電された電池の容量とした。

Figure 2014049401
Table 1 shows data showing the relationship between the deterioration state and the resonance frequency in an actual battery showing a normal deterioration tendency. The battery deterioration amount indicates a reduction amount of the discharge capacity as a percentage. The discharge capacity was the capacity of the battery discharged until the battery 1 was completely discharged (SOC was 0%).
Figure 2014049401

表1により、電池1の劣化度が高くなるほど、共振周波数が高くなることが確認できる。   From Table 1, it can be confirmed that the higher the deterioration degree of the battery 1, the higher the resonance frequency.

そして、第1実施形態の記載のとおり、電池1の劣化と電池の硬さには相関がある。そのため、本例では、電池の硬さを表す指標として、電池1内の振動波の共振周波数を用いることで、電池の劣化状態を推定している。   As described in the first embodiment, there is a correlation between the deterioration of the battery 1 and the hardness of the battery. Therefore, in this example, the deterioration state of the battery is estimated by using the resonance frequency of the vibration wave in the battery 1 as an index representing the hardness of the battery.

次に、コントローラ3の制御について説明する。まず、コントローラ3は、ピックアップセンサ4を制御して、電池1の振動の加速度及び取り付け板51の振動の加速度を検出する。測定部31は、ピックアップセンサ41、42の検出値の差分をとり、電池1の振動波の周波数特性を測定する。そして、測定部31は、測定した周波数特性から、最も出力値の高い周波数を、共振周波数として特定する。   Next, control of the controller 3 will be described. First, the controller 3 controls the pickup sensor 4 to detect the acceleration of vibration of the battery 1 and the acceleration of vibration of the mounting plate 51. The measurement unit 31 takes the difference between the detection values of the pickup sensors 41 and 42 and measures the frequency characteristics of the vibration wave of the battery 1. And the measurement part 31 specifies the frequency with the highest output value as a resonant frequency from the measured frequency characteristic.

また、測定部31は、電池1に接続された電圧、電流センサ6の検出値から、電池1の電池特性を測定する。本例では、電池1の電気的な劣化特性として、電池1から放電可能な容量(放電容量)を演算しており、表1の電池劣化量に対応する。放電容量の演算は、例えば電流センサの検出値から放電電流値を積算することで演算すればよい。そして、測定部31は、未使用状態の電池1の放電容量に対する、測定された放電容量を、放電容量の低下率として演算する。なお、電池特性としては、放電容量の他に、レート特性や直流抵抗値(DCR)を用いてもよい。   The measuring unit 31 measures the battery characteristics of the battery 1 from the voltage connected to the battery 1 and the detection value of the current sensor 6. In this example, the capacity (discharge capacity) that can be discharged from the battery 1 is calculated as the electrical deterioration characteristics of the battery 1 and corresponds to the battery deterioration amount shown in Table 1. The calculation of the discharge capacity may be performed, for example, by integrating the discharge current value from the detection value of the current sensor. And the measurement part 31 calculates the measured discharge capacity with respect to the discharge capacity of the battery 1 of an unused state as a decreasing rate of discharge capacity. As the battery characteristics, rate characteristics and direct current resistance (DCR) may be used in addition to the discharge capacity.

電池状態推定部32は、正常な劣化傾向を示す電池1における振動波の共振周波数と放電容量劣化率との対応関係を示す特性を、正常時の電池1の劣化特性として、マップにより予め記録している。上記のとおり、電池1の劣化が正常に進んだ場合には、共振周波数は徐々に高くなり、放電容量の低下率は徐々に高くなる。   The battery state estimation unit 32 records in advance a characteristic indicating a correspondence relationship between the resonance frequency of the vibration wave and the discharge capacity deterioration rate in the battery 1 showing a normal deterioration tendency as a deterioration characteristic of the battery 1 in a normal state on a map. ing. As described above, when the deterioration of the battery 1 proceeds normally, the resonance frequency gradually increases, and the discharge capacity reduction rate gradually increases.

共振周波数に対する放電容量の低下率の関係を図17に示す。図17は、共振周波数に対する放電容量の低下率の特性を示すグラフである。グラフdが、正常な劣化傾向を示す電池1の特性である。測定対象となる電池1が正常に劣化している場合には、測定部31で測定された共振周波数及び放電容量劣化率は、グラフd上の値、又は、グラフdに近い値をとることになる。   FIG. 17 shows the relationship between the reduction rate of the discharge capacity and the resonance frequency. FIG. 17 is a graph showing the characteristics of the reduction rate of the discharge capacity with respect to the resonance frequency. Graph d is a characteristic of battery 1 showing a normal deterioration tendency. When the battery 1 to be measured has deteriorated normally, the resonance frequency and the discharge capacity deterioration rate measured by the measurement unit 31 have values on the graph d or values close to the graph d. Become.

電池1の硬さは、電池1の充電状態(SOC)に応じて変化するため、正常な劣化傾向の電池1の特性(グラフdの特性)も変化する。そのため、本例では、SOCに応じた、振動波の共振周波数と放電劣化量との対応関係を、マップで記録している。すなわち、図17に示すように、正常な劣化傾向の電池の特性は、グラフdを中心とした帯状の領域Dで示される。   Since the hardness of the battery 1 changes according to the state of charge (SOC) of the battery 1, the characteristics (characteristics of the graph d) of the battery 1 having a normal deterioration tendency also change. Therefore, in this example, the correspondence relationship between the resonance frequency of the vibration wave and the discharge deterioration amount according to the SOC is recorded on a map. That is, as shown in FIG. 17, the characteristics of a battery having a normal deterioration tendency are indicated by a band-shaped region D centered on the graph d.

電池状態推定部32は、図17の領域Dで示される範囲を、電池1の正常領域として、マップにより予め記録している。そして、電池状態推定部32は、測定部31で測定された振動波の共振周波数及び放電容量低下率が正常領域内に含まれるか否かを判定する。   The battery state estimation unit 32 records the range indicated by the region D in FIG. 17 as a normal region of the battery 1 in advance using a map. Then, the battery state estimation unit 32 determines whether or not the resonance frequency of the vibration wave and the discharge capacity reduction rate measured by the measurement unit 31 are included in the normal region.

測定部31で測定された振動波の共振周波数及び放電容量低下率が正常領域内に含まれる場合には、電池状態推定部32は、電池1の状態が正常であると判定する。一方、測定部31で測定された振動波の共振周波数及び放電容量低下率が正常領域外である場合には、電池状態推定部32は、電池1の電池機能が停止している、と判定する。   When the resonance frequency of the vibration wave and the discharge capacity decrease rate measured by the measurement unit 31 are included in the normal region, the battery state estimation unit 32 determines that the state of the battery 1 is normal. On the other hand, when the resonance frequency of the vibration wave and the discharge capacity decrease rate measured by the measurement unit 31 are outside the normal region, the battery state estimation unit 32 determines that the battery function of the battery 1 is stopped. .

図17を用いて、上記の判定制御を説明すると、例えば、サンプル1、2(図17のS、S)では、測定部31で測定された振動波の共振周波数及び放電容量低下率が正常領域D内にあるため、電池状態推定部32は、電池1が正常であると判定する。 The above determination control will be described with reference to FIG. 17. For example, in Samples 1 and 2 (S 1 and S 2 in FIG. 17), the resonance frequency and discharge capacity reduction rate of the vibration wave measured by the measurement unit 31 are shown. Since it is in the normal region D, the battery state estimation unit 32 determines that the battery 1 is normal.

一方、サンプル3(図17のS)では、測定された共振周波数に対して、測定された放電容量の低下率が、正常な電池1の放電容量の低下率より高くなっており、測定部31の測定値は正常領域D外にある。また、サンプル4(図17のS)では、測定された共振周波数に対して、測定された放電容量の低下率が、正常な電池1の放電容量の低下率より低くなっており、測定部31の測定値は正常領域D外にある。電池状態推定部32は、サンプル3、4では、電池1の機能が停止していると、判定する。 On the other hand, in sample 3 (S 3 in FIG. 17), the measured decrease rate of the discharge capacity is higher than the decrease rate of the discharge capacity of the normal battery 1 with respect to the measured resonance frequency. The measured value 31 is outside the normal region D. In sample 4 (S 4 in FIG. 17), the measured decrease rate of the discharge capacity is lower than the decrease rate of the discharge capacity of the normal battery 1 with respect to the measured resonance frequency. The measured value 31 is outside the normal region D. The battery state estimation unit 32 determines that the functions of the battery 1 are stopped in the samples 3 and 4.

なお、実際の電池1に対して、共振周波数を測定したところ、正常な劣化傾向を示す電池1では、電池劣化量(2.2%)の時に、共振周波数は181Hzとなった。一方、過度な劣化傾向を示す電池では、同じ電池劣化量(2.2%)の時に、共振周波数は183Hzとなった。これにより、正常な劣化度よりも、劣化度が進むと、共振周波数が高くなることが確認できため、本例では上記のように、電池の特性を、正常な電池の特性とを比較することで、電池の状態を推定できることが分かる。   In addition, when the resonance frequency was measured for the actual battery 1, in the battery 1 showing a normal deterioration tendency, the resonance frequency was 181 Hz when the battery deterioration amount (2.2%). On the other hand, in the battery showing an excessive deterioration tendency, the resonance frequency was 183 Hz at the same battery deterioration amount (2.2%). As a result, it can be confirmed that the resonance frequency becomes higher as the deterioration degree progresses than the normal deterioration degree. Therefore, in this example, the characteristics of the battery are compared with the characteristics of the normal battery as described above. Thus, it can be seen that the state of the battery can be estimated.

次に、図18を用いて、コントローラ3の制御手順について説明する。図18は、コントローラ3の制御手順を示すフローチャートである。   Next, the control procedure of the controller 3 will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a flowchart showing the control procedure of the controller 3.

ステップS21にて、コントローラ3は、ピックアップセンサ4を制御して、電池1内を伝播する振動波を検出する。ステップS22にて、測定部31は、ピックアップセンサ4の検出値から電池1内の振動波の周波数特性を測定する。ステップS23にて、測定部31は、測定した周波数特性から、共振周波数を測定する。   In step S <b> 21, the controller 3 controls the pickup sensor 4 to detect a vibration wave propagating through the battery 1. In step S <b> 22, the measurement unit 31 measures the frequency characteristic of the vibration wave in the battery 1 from the detection value of the pickup sensor 4. In step S23, the measurement unit 31 measures the resonance frequency from the measured frequency characteristics.

ステップS24にて、測定部31は、電流、電圧センサ6の検出値から、電池1の放電容量を測定する。ステップS25にて、電池状態推定部32は、ステップS23、24で測定された、共振周波数及び放電容量の測定値で示される電池1の特性が正常領域内にあるか否かを判定する。測定された電池1の特性が正常領域内にない場合には、電池状態推定部32は、電池1の電池機能が停止している、と判定する。ステップS27にて、コントローラ3は、警告ランプ(図示しない)を表示し、本例の制御を終了する。   In step S <b> 24, measurement unit 31 measures the discharge capacity of battery 1 from the detected value of current and voltage sensor 6. In step S25, the battery state estimation unit 32 determines whether or not the characteristics of the battery 1 indicated by the measured values of the resonance frequency and the discharge capacity measured in steps S23 and S24 are in the normal region. When the measured characteristics of the battery 1 are not within the normal region, the battery state estimation unit 32 determines that the battery function of the battery 1 is stopped. In step S27, the controller 3 displays a warning lamp (not shown) and ends the control of this example.

ステップS25に戻り、測定された電池1の特性が正常領域内にある場合には、電池状態推定部32は、電池1が正常である、と判定し(ステップS28)、本例の制御を終了する。   Returning to step S25, if the measured characteristics of the battery 1 are within the normal range, the battery state estimation unit 32 determines that the battery 1 is normal (step S28), and ends the control of this example. To do.

上記のように、本例は、ピックアップセンサ4により、電池1内を伝播する振動波を検出し、測定部31によりピックアップセンサ4の検出値から電池1の硬さを測定し、電池1の硬さと電池1の状態との関係に基づき、測定部31の測定値から電池1の状態を推定する。これにより、本例は、現在の電池1の硬さによって、電池1の状態を推定する為、電池1の劣化の状態や、電池1の機能停止の状態等を、高い精度で推定することができる。   As described above, in this example, the pickup sensor 4 detects a vibration wave propagating in the battery 1, the measurement unit 31 measures the hardness of the battery 1 from the detection value of the pickup sensor 4, and the hardness of the battery 1 is determined. Based on the relationship between the state of the battery 1 and the state of the battery 1, the state of the battery 1 is estimated from the measurement value of the measurement unit 31. Thereby, in this example, since the state of the battery 1 is estimated based on the current hardness of the battery 1, it is possible to estimate the deterioration state of the battery 1 and the function stop state of the battery 1 with high accuracy. it can.

また本例は、振動波の振動周波数を、電池1の硬さを表す指標として測定する。これにより、電池1の硬さを把握することができるため、電池1の状態の推定精度を高めることができる。   In this example, the vibration frequency of the vibration wave is measured as an index representing the hardness of the battery 1. Thereby, since the hardness of the battery 1 can be grasped | ascertained, the estimation precision of the state of the battery 1 can be improved.

また、本例は、電池の硬さを測定するセンサとして、ピックアップセンサ4を有する。これにより、コストを抑えることができる。   Moreover, this example has a pickup sensor 4 as a sensor for measuring the hardness of the battery. Thereby, cost can be held down.

また本例は、電池1の振動周波数の特性から電池1の共振周波数を測定し、当該共振周波数から電池1の状態を推定する。これにより、電池1の硬さを把握することができるため、電池1の状態の推定精度を高めることができる。また、共振周波数を、振動周波数の特性とすることで、使用履歴の代用特性として使用することができる。   In this example, the resonance frequency of the battery 1 is measured from the characteristics of the vibration frequency of the battery 1, and the state of the battery 1 is estimated from the resonance frequency. Thereby, since the hardness of the battery 1 can be grasped | ascertained, the estimation precision of the state of the battery 1 can be improved. Further, by making the resonance frequency a characteristic of the vibration frequency, it can be used as a substitute characteristic of the usage history.

また本例は、電流、電圧センサの検出値から、電池1の特性を測定し、測定されて特性と、正常時の電池の劣化特性を示す電池特性とを比較し、その比較結果から、電池1の状態を推定する。電池1の使用履歴(使用期間、使用条件)により、電池1の硬さが変化し、また電池特性も変化する。そして、電池の使用履歴に対する電池の硬さと電池特性との関係は一義的である。そのため、ある時点における、電池の特性と、電池の硬さを示す振動周波数特性とを比較することで、電池1の使用履歴を把握することなく、電池1の状態を推定することができる。またシステムを簡素化させることができる。   Further, in this example, the characteristics of the battery 1 are measured from the detected values of the current and voltage sensors, and the measured characteristics are compared with the battery characteristics indicating the deterioration characteristics of the battery under normal conditions. 1 state is estimated. Depending on the usage history (use period, use condition) of the battery 1, the hardness of the battery 1 changes and the battery characteristics also change. The relationship between the battery hardness and the battery characteristics with respect to the battery usage history is unambiguous. Therefore, the state of the battery 1 can be estimated without grasping the usage history of the battery 1 by comparing the battery characteristics and the vibration frequency characteristics indicating the battery hardness at a certain point in time. In addition, the system can be simplified.

また、本例は、測定部31で測定した電池特性が、正常時の電池の劣化特性を含んだ正常領域Dの範囲外の特性を示す場合には、電池1の機能が停止していると推定する。これにより、電池1のSOCによる硬さの違いに対応して、電池1の状態を推定することできため、電池1の推定精度を高めることができる。   In addition, in this example, when the battery characteristics measured by the measurement unit 31 indicate characteristics outside the normal region D including the normal battery deterioration characteristics, the function of the battery 1 is stopped. presume. Thereby, since the state of the battery 1 can be estimated corresponding to the difference in hardness due to the SOC of the battery 1, the estimation accuracy of the battery 1 can be increased.

なお、本例は、測定部31で測定された振動波の振動周波数に応じて、電池1の劣化度を推定してもよい。第1実施形態の図6に示すように、電池1の硬さと電池の劣化の状態は相関をもっており、図6の関係から、電池の劣化度は、電池の硬さが大きくなるほど、大きくなる。そして、本例では、電池の硬さの指標として、振動周波数を用いており、振動周波数と電池の硬さとの間にも相関がある。   In this example, the degree of deterioration of the battery 1 may be estimated according to the vibration frequency of the vibration wave measured by the measurement unit 31. As shown in FIG. 6 of the first embodiment, the hardness of the battery 1 and the state of deterioration of the battery have a correlation, and from the relationship of FIG. 6, the degree of deterioration of the battery increases as the hardness of the battery increases. In this example, the vibration frequency is used as an index of the hardness of the battery, and there is a correlation between the vibration frequency and the hardness of the battery.

そのため、電池状態推定部32は、電池1の硬さに対応する振動周波数と、電池1の劣化度との関係を示すマップを予め記録する。そして、電池状態推定部32は、測定部31で測定された振動周波数から、当該マップを参照することで、マップ上で対応する劣化度を、電池1の劣化状態として推定する。これにより、本例は、振動周波数と劣化度とのマップを用いて、電池1の劣化状態を推定することができる。   Therefore, the battery state estimation unit 32 records in advance a map indicating the relationship between the vibration frequency corresponding to the hardness of the battery 1 and the degree of deterioration of the battery 1. Then, the battery state estimation unit 32 estimates the corresponding deterioration degree on the map as the deterioration state of the battery 1 by referring to the map from the vibration frequency measured by the measurement unit 31. Thereby, this example can estimate the deterioration state of the battery 1 using the map of a vibration frequency and a deterioration degree.

なお、本例では、電池の硬さの指標として共振周波数を用いたが、電池1の振動波の周波数特定において、共振周波数以外の周波数を用いてもよい。   In this example, the resonance frequency is used as an index of the hardness of the battery. However, in specifying the frequency of the vibration wave of the battery 1, a frequency other than the resonance frequency may be used.

また本例は、電池1の振動波を検出するセンサとして、ピックアップセンサ4を用いたが、他のセンサであってもよい。   In this example, the pickup sensor 4 is used as a sensor for detecting the vibration wave of the battery 1, but another sensor may be used.

上記のピックアップセンサ4が本発明の「第1センサ」に相当し、電流、電圧センサ6が本発明の「第2センサ」に相当する。   The pickup sensor 4 corresponds to the “first sensor” of the present invention, and the current / voltage sensor 6 corresponds to the “second sensor” of the present invention.

《第3実施形態》
発明の他の実施形態に係る電池状態推定装置を説明する。本例では上述した第2実施形態に対して、電池1の硬さを表す指標として、コヒーレンスを用いている点が異なる。これ以外の構成は上述した第2実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。
<< Third Embodiment >>
A battery state estimation apparatus according to another embodiment of the invention will be described. This example is different from the second embodiment described above in that coherence is used as an index representing the hardness of the battery 1. Since the configuration other than this is the same as that of the second embodiment described above, the description thereof is incorporated as appropriate.

まず、電池1のコヒーレンスの特性について説明する。図19は、電池1の振動波の周波数に対するコヒーレンスの特性を示すグラフである。コヒーレンスは、複数回測定した振動波の周波数特性の一致率を示しており、複数回の周波数特性が完全に一致した場合には、周波数に対するコヒーレンスは、1となる。   First, the coherence characteristics of the battery 1 will be described. FIG. 19 is a graph showing the coherence characteristic with respect to the frequency of the vibration wave of the battery 1. The coherence indicates the coincidence rate of the frequency characteristics of the vibration wave measured a plurality of times, and the coherence with respect to the frequency becomes 1 when the frequency characteristics of the plurality of times completely coincide.

グラフaは、サイクル数が少なく、電池1が殆ど劣化していない状態の特性を示している。グラブbは、グラフaと比較して、サイクル数が多く、ある程度劣化が進んだ電池1の状態の特性を示している。グラフcは、グラフa、bと比較して、サイクル数がさらに多く、電池1の劣化が最も進んだ状態の特性を示している。fa、fb、fcは、各グラフa〜cの所定の周波数帯域において、コヒーレンスが所定の値(L<1)より低くなった時の周波数を示している。   Graph a shows the characteristics in a state where the number of cycles is small and the battery 1 is hardly deteriorated. The grab b shows the characteristics of the state of the battery 1 in which the number of cycles is larger and the deterioration has progressed to some extent as compared with the graph a. Graph c shows characteristics in a state in which the number of cycles is further increased and deterioration of battery 1 is most advanced as compared with graphs a and b. fa, fb, and fc indicate frequencies when the coherence is lower than a predetermined value (L <1) in the predetermined frequency bands of the graphs a to c.

図19に示すように、電池1のサイクル数が多くなると、高周波側でもコヒーレンスが高い状態となり、コヒーレンスがLより低くなる周波数が高くなっていることが分かる。   As shown in FIG. 19, it can be seen that as the number of cycles of the battery 1 increases, the coherence becomes high even on the high frequency side, and the frequency at which the coherence becomes lower than L increases.

正常な劣化傾向を示す実際の電池において、劣化状態と、共振周波数との関係を示すデータを、表2に示す。電池劣化量は、放電容量の減少率を割合で示している。放電容量は、電池1が完全に放電状態となる(SOCが0%)までに、放電された電池の容量とした。放電容量は、第2実施形態の放電容量と同様である。表2において、共振周波数は、コヒーレンスがLになったときの周波数を示している。

Figure 2014049401
Table 2 shows data indicating the relationship between the deterioration state and the resonance frequency in an actual battery exhibiting a normal deterioration tendency. The battery deterioration amount indicates the rate of decrease in discharge capacity as a percentage. The discharge capacity was the capacity of the battery discharged until the battery 1 was completely discharged (SOC was 0%). The discharge capacity is the same as the discharge capacity of the second embodiment. In Table 2, the resonance frequency indicates the frequency when the coherence becomes L.
Figure 2014049401

この結果から、電池1の劣化度が高くなるほど、コヒーレンスが高い状態である周波数が高くなることが確認できる。   From this result, it can be confirmed that the higher the degree of deterioration of the battery 1, the higher the frequency at which the coherence is higher.

第1実施形態に記載したとおり、電池1の劣化が進むと、電解液が分解、消費して、電解液の量が減少する。一般的に、ある物体中に液体が存在している場合には当該物体内における伝達特性が不規則になる。そのため、電解液が多い場合には、伝達特性が不安定になり、コヒーレンスをとったときに、高周波帯域のコヒーレンスは低く、コヒーレンスがLより低くなる周波数が低い周波数帯域で表れる。そして、電解液の液量の減少に伴って、伝達特性が安定するため、高周波側のコヒーレンスも高くなり、コヒーレンスがLより低くなる周波数が高周波側に徐々に遷る。   As described in the first embodiment, when the battery 1 is further deteriorated, the electrolytic solution is decomposed and consumed, and the amount of the electrolytic solution is reduced. Generally, when a liquid is present in a certain object, the transfer characteristic in the object becomes irregular. Therefore, when the amount of electrolyte is large, the transfer characteristics become unstable, and when coherence is taken, the coherence in the high frequency band is low, and the frequency at which the coherence is lower than L appears in the low frequency band. Then, as the amount of the electrolytic solution decreases, the transmission characteristics become stable, so the coherence on the high frequency side also increases, and the frequency at which the coherence becomes lower than L gradually shifts to the high frequency side.

図19に示すように、電池1が殆ど劣化していない場合には、グラフaに示すように、コヒーレンスがLより低くなる周波数(fa)が存在する。そして、電池1の劣化が進むと、グラフbに示すように、高周波側のコヒーレンスが高くなり、コヒーレンスがLより低くなる周波数(fb)は、faよりも高くなる。さらに劣化が進むと、グラフcに示すように、高周波側のコヒーレンスがさらに高くなり、コヒーレンスがLより低くなる周波数(fc)は、fbよりも高くなる。   As shown in FIG. 19, when the battery 1 is hardly deteriorated, there is a frequency (fa) at which coherence is lower than L, as shown in the graph a. When the battery 1 is further deteriorated, as shown in the graph b, the coherence on the high frequency side becomes higher, and the frequency (fb) at which the coherence becomes lower than L becomes higher than fa. As the deterioration further proceeds, as shown in the graph c, the coherence on the high frequency side further increases, and the frequency (fc) at which the coherence becomes lower than L becomes higher than fb.

そして、電解液の低下は、電池1の硬さが増すことになるため、振動波のコヒーレンスと電池1の硬さとの間に相関があることが分かる。そのため、本例では、電池の硬さを表す指標として、電池1内の振動波のコヒーレンスを用いることで、電池の劣化状態を推定している。   And since the fall of electrolyte solution will increase the hardness of the battery 1, it turns out that there is a correlation between the coherence of the vibration wave and the hardness of the battery 1. Therefore, in this example, the deterioration state of the battery is estimated by using the coherence of the vibration wave in the battery 1 as an index representing the hardness of the battery.

次に、コントローラ3の制御について説明する。まず、コントローラ3は、ピックアップセンサ4を制御して、電池1の振動波の周波数特性を測定する。そして、測定部31は、所定の時間内で測定された複数の周波数特性を合成し、合成特性を測定する。この合成特性がコヒーレンスの特性となる。   Next, control of the controller 3 will be described. First, the controller 3 controls the pickup sensor 4 to measure the frequency characteristics of the vibration wave of the battery 1. And the measurement part 31 synthesize | combines the several frequency characteristic measured within predetermined time, and measures a synthetic | combination characteristic. This synthesis characteristic is a coherence characteristic.

また、測定部31は、電池1に接続された電圧、電流センサ6の検出値から、電池1の電池特性を測定する。電池特性は、第2実施形態と同様に、放電容量の低下率を用いればよい。   The measuring unit 31 measures the battery characteristics of the battery 1 from the voltage connected to the battery 1 and the detection value of the current sensor 6. For the battery characteristics, the rate of decrease of the discharge capacity may be used as in the second embodiment.

電池状態推定部32は、正常な劣化傾向を示す電池1における振動波のコヒーレンスと放電容量低下率との対応関係を示す特性を、正常時の電池1の劣化特性として、マップにより予め記録している。コヒーレンスの特性は、コヒーレンスがLより低くなる周波数(図19のfa、fb、fcに相当)に対する放電劣化量の特性とすればよい。   The battery state estimation unit 32 records in advance a characteristic indicating a correspondence relationship between the coherence of the vibration wave and the discharge capacity reduction rate in the battery 1 exhibiting a normal deterioration tendency as a deterioration characteristic of the battery 1 in a normal state with a map. Yes. The coherence characteristic may be a characteristic of the discharge deterioration amount with respect to a frequency (corresponding to fa, fb, and fc in FIG. 19) at which the coherence is lower than L.

また、電池1の硬さは、電池1の充電状態(SOC)に応じて変化するため、電池状態推定部32は、正常な劣化傾向を示す電池1の上記特性を中心に、所定の範囲内の特性を正常領域の特性として、予め記録している。そして、電池状態推定部32は、測定部31で測定された振動波のコヒーレンスの特性が正常領域内に含まれるか否かを判定する。   In addition, since the hardness of the battery 1 changes in accordance with the state of charge (SOC) of the battery 1, the battery state estimation unit 32 is within a predetermined range with the above characteristics of the battery 1 showing a normal deterioration tendency as the center. Are recorded in advance as the characteristics of the normal region. Then, the battery state estimation unit 32 determines whether or not the coherence characteristic of the vibration wave measured by the measurement unit 31 is included in the normal region.

測定部31で測定された振動波のコヒーレンスの特性が正常領域内に含まれる場合には、電池状態推定部32は、電池1の状態が正常であると判定する。一方、測定部31で測定された振動波のコヒーレンスの特性が正常領域外である場合には、電池状態推定部32は、電池1の電池機能が停止している、と判定する。   When the coherence characteristic of the vibration wave measured by the measurement unit 31 is included in the normal region, the battery state estimation unit 32 determines that the state of the battery 1 is normal. On the other hand, when the coherence characteristic of the vibration wave measured by the measurement unit 31 is outside the normal region, the battery state estimation unit 32 determines that the battery function of the battery 1 is stopped.

次に、図20を用いて、コントローラ3の制御手順について説明する。図20は、コントローラ3の制御手順を示すフローチャートである。ステップS31〜32、S34〜38の制御処理は、第2実施形態の図18のステップS21〜22、S24〜38の制御処理と同様であるため、説明を省略する。   Next, the control procedure of the controller 3 will be described with reference to FIG. FIG. 20 is a flowchart showing a control procedure of the controller 3. Since the control processing of steps S31 to 32 and S34 to 38 is the same as the control processing of steps S21 to 22 and S24 to 38 of FIG. 18 of the second embodiment, the description thereof is omitted.

ステップS32の後、測定部31は、所定の時間内で測定された複数の周波数特性を合成し、周波数に対するコヒーレンスの特性を測定する。そして、測定部31当該特性から、コヒーレンスがLより低くなる周波数(共振周波数)を測定し(ステップS33)、ステップS34に遷る。   After step S32, the measurement unit 31 combines a plurality of frequency characteristics measured within a predetermined time, and measures the coherence characteristic with respect to the frequency. Then, the frequency at which the coherence is lower than L (resonance frequency) is measured from the measurement unit 31 concerned characteristics (step S33), and the process proceeds to step S34.

上記のように、本例は、振動波の複数の周波数特性を合成した合成特性を測定し、当該合成特性から電池の状態を推定する。電解液の量が多い場合には、コヒーレンスの高い周波数は低周波側の周波数となる、電解液の量が少ない場合には、高周波側の周波数も、コヒーレンスの高い周波数となる。そして、電池を使用し劣化すると、電解液が減少し、電池1が硬くなる。そのため、本例は、電池1の硬さをコヒーレンスから把握することができるため、電池1の状態の推定精度を高めることができる。また、コヒーレンス特性を用いることで、使用履歴の代用特性として使用することができる。   As described above, in this example, a combined characteristic obtained by combining a plurality of frequency characteristics of vibration waves is measured, and the state of the battery is estimated from the combined characteristic. When the amount of the electrolytic solution is large, the frequency with high coherence is a frequency on the low frequency side, and when the amount of the electrolytic solution is small, the frequency on the high frequency side is also a frequency with high coherence. And if a battery is used and it deteriorates, electrolyte solution will reduce and the battery 1 will become hard. Therefore, in this example, since the hardness of the battery 1 can be grasped from the coherence, the estimation accuracy of the state of the battery 1 can be increased. Moreover, it can use as a substitute characteristic of a use history by using a coherence characteristic.

1…電池
11…正極板
11a…正極側集電体
11b、11c…正極層
12…セパレータ
13…負極板
13a…負極側集電体
13b、13c…負極層
14…正極タブ(電極タブ)
15…負極タブ(電極タブ)
16…上部外装部材
17…下部外装部材
18…発電要素
2…超音波センサ
21…送信器
22…受信器
3…コントローラ
31…測定部
32…電池状態推定部
4…車体
6…電流、電圧センサ
51…取り付け板
52、53…支持部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery 11 ... Positive electrode plate 11a ... Positive electrode side collector 11b, 11c ... Positive electrode layer 12 ... Separator 13 ... Negative electrode plate 13a ... Negative electrode side collector 13b, 13c ... Negative electrode layer 14 ... Positive electrode tab (electrode tab)
15 ... Negative electrode tab (electrode tab)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 ... Upper exterior member 17 ... Lower exterior member 18 ... Electric power generation element 2 ... Ultrasonic sensor 21 ... Transmitter 22 ... Receiver 3 ... Controller 31 ... Measurement part 32 ... Battery state estimation part 4 ... Car body 6 ... Current and voltage sensor 51 ... Mounting plates 52, 53 ... Support members

Claims (23)

外装部材の内部に発電要素が封入された電池と、
前記外装部材の表面に配置され、前記電池内を伝播する振動波を検出する第1センサと、
前記第1センサの検出値から前記電池の硬さを測定する測定手段と、
前記電池の硬さと前記電池の状態との関係に基づき、前記測定手段の測定値から前記電池の状態を推定する電池状態推定手段とを備える
ことを特徴とする電池状態推定装置。
A battery in which a power generation element is enclosed inside an exterior member;
A first sensor disposed on a surface of the exterior member and detecting a vibration wave propagating in the battery;
Measuring means for measuring the hardness of the battery from the detection value of the first sensor;
A battery state estimation device comprising: a battery state estimation unit that estimates a state of the battery from a measurement value of the measurement unit based on a relationship between the hardness of the battery and the state of the battery.
前記第1センサは、
前記電池内に前記振動波として超音波を送信する送信手段と、
前記電池内を伝播した前記超音波を受信する受信手段とを有し、
前記測定手段は、
前記送信手段及び前記受信手段により送受信される前記超音波から、前記電池内の前記超音波の伝播時間を、前記電池の硬さを表す指標として測定する
ことを特徴とする請求項1記載の電池状態推定装置。
The first sensor is
Transmitting means for transmitting ultrasonic waves as the vibration wave in the battery;
Receiving means for receiving the ultrasonic wave propagated in the battery,
The measuring means includes
2. The battery according to claim 1, wherein a propagation time of the ultrasonic wave in the battery is measured as an index representing hardness of the battery from the ultrasonic wave transmitted and received by the transmitting unit and the receiving unit. State estimation device.
前記電池の硬さに対応する前記伝播時間と、前記電池の状態を表す前記電池の劣化状態との関係を示す第1マップをさらに備え、
前期電池状態推定手段は、前記第1マップを参照し、前記測定手段により測定された前記伝播時間から前記劣化状態を推定する
ことを特徴とする請求項2記載の電池状態推定装置。
A first map showing a relationship between the propagation time corresponding to the hardness of the battery and a deterioration state of the battery representing the state of the battery;
The battery state estimation device according to claim 2, wherein the first battery state estimation means estimates the deterioration state from the propagation time measured by the measurement means with reference to the first map.
前記送信手段及び前記受信手段は、前記電池の表面上で、対角の位置にそれぞれ配置されている
ことを特徴とする請求項2又は3記載の電池状態推定装置。
4. The battery state estimation apparatus according to claim 2, wherein the transmitting unit and the receiving unit are respectively arranged at diagonal positions on the surface of the battery.
前記送信手段は、前記電池の表面に対して鋭角の方向に前記超音波を入射する
ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の電池状態推定装置。
5. The battery state estimation apparatus according to claim 2, wherein the transmission unit makes the ultrasonic wave incident in an acute angle direction with respect to a surface of the battery.
前記電池状態推定手段は、
前記測定手段により測定された前記伝播時間が、予め設定された第1伝播時間閾値より小さい場合には、前記電池の劣化が過度に進んでいると推定する
ことを特徴とする請求項2〜5のいずれか一項に記載の電池状態推定装置。
The battery state estimating means includes
6. The battery is estimated to be excessively deteriorated when the propagation time measured by the measuring unit is smaller than a preset first propagation time threshold value. The battery state estimation device according to any one of the above.
前記電池状態推定手段は、
前記測定手段により測定された前記伝播時間が、予め設定された第2伝播時間閾値より大きい場合には、前記電池の電気機能が停止していると推定する
ことを特徴とする請求項2〜6のいずれか一項に記載の電池状態推定装置。
The battery state estimating means includes
The electric function of the battery is estimated to be stopped when the propagation time measured by the measuring means is larger than a preset second propagation time threshold value. The battery state estimation device according to any one of the above.
前記測定手段は、前記第1センサで検出される振動波の振動周波数を、前記電池の硬さを表す指標として測定する
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の電池状態推定装置。
The battery according to claim 1, wherein the measurement unit measures a vibration frequency of a vibration wave detected by the first sensor as an index representing the hardness of the battery. State estimation device.
前記電池の硬さに対応する前記振動周波数の特性と、前記電池の状態を表す前記電池の劣化状態との関係を示す第2マップをさらに備え、
前記電池状態推定手段は、前記第2マップを参照し、前記測定手段により測定された前記振動周波数から前記劣化状態を推定する
ことを特徴とする請求項8記載の電池状態推定装置。
A second map showing a relationship between the characteristics of the vibration frequency corresponding to the hardness of the battery and the deterioration state of the battery representing the state of the battery;
9. The battery state estimation device according to claim 8, wherein the battery state estimation unit estimates the deterioration state from the vibration frequency measured by the measurement unit with reference to the second map.
前記第1センサは、ピックアップセンサを有する
ことを特徴とする請求項8又は9記載の電池状態推定装置。
The battery state estimation apparatus according to claim 8, wherein the first sensor includes a pickup sensor.
前記測定手段は、前記振動周波数の特性から前記電池の共振周波数を測定し、
前記電池状態推定手段は、前記共振周波数から前記電池の状態を推定する
ことを特徴とする
請求項8〜10のいずれか一項に記載の電池状態推定装置。
The measuring means measures the resonance frequency of the battery from the characteristics of the vibration frequency,
The battery state estimation device according to any one of claims 8 to 10, wherein the battery state estimation unit estimates the state of the battery from the resonance frequency.
前記測定手段は、振動波の複数の周波数特性を合成した合成特性を測定し、
前記電池状態推定手段は、前記合成特性から前記電池の状態を推定する
ことを特徴とする
請求項8〜10のいずれか一項に記載の電池状態推定装置。
The measuring means measures a composite characteristic obtained by combining a plurality of frequency characteristics of vibration waves,
The battery state estimation device according to any one of claims 8 to 10, wherein the battery state estimation unit estimates the state of the battery from the combined characteristic.
前記電池の電圧または電流を検出する第2センサをさらに備え、
前記測定手段は、前記第2センサの検出値から、前記振動周波数に対する前記電池の特性を示す第1電池特性を測定し、
前記電池状態推定手段は、
前記振動周波数に対する正常時の前記電池の特性を第2電池特性として予め記録し、
前記第1電池特性と前記第2電池特性とを比較し、その比較結果から、前記電池の状態を推定する
ことを特徴とする請求項8〜12のいずれか一項に記載の電池状態推定装置。
A second sensor for detecting the voltage or current of the battery;
The measuring means measures a first battery characteristic indicating a characteristic of the battery with respect to the vibration frequency from a detection value of the second sensor;
The battery state estimating means includes
The characteristics of the battery at normal time with respect to the vibration frequency are recorded in advance as the second battery characteristics,
The battery state estimation device according to any one of claims 8 to 12, wherein the first battery characteristic is compared with the second battery characteristic, and the state of the battery is estimated from the comparison result. .
前記電池状態推定手段は、
前記第1電池特性が、前記第2電池特性を含む所定の範囲より外側の特性を示す場合には、前記電池の機能が停止していると推定する
ことを特徴とする請求項13に記載の電池状態推定装置。
The battery state estimating means includes
The function of the battery according to claim 13, wherein when the first battery characteristic indicates a characteristic outside a predetermined range including the second battery characteristic, the function of the battery is estimated to be stopped. Battery state estimation device.
前記外装部材は、前記発電要素を覆うラミネート材である
ことを特徴とする請求項1〜14のいずれか一項に記載の電池状態推定装置。
The battery state estimation device according to claim 1, wherein the exterior member is a laminate material that covers the power generation element.
請求項1〜15のいずれか一項に記載の電池状態推定装置を備えた車両。 A vehicle comprising the battery state estimation device according to any one of claims 1 to 15. 外装部材の内部に発電要素が封入された電池の状態を推定する電池状態推定方法において、
前記電池内を伝播する振動波を検出する検出ステップと、
前記検出ステップで検出された検出値から前記電池の硬さを測定する測定ステップと、
前記電池の硬さと前記電池の状態との関係に基づき、前記測定ステップで測定された測定値から前記電池の状態を推定する推定ステップとを含む
ことを特徴とする電池状態推定方法。
In the battery state estimation method for estimating the state of the battery in which the power generation element is sealed inside the exterior member,
A detection step of detecting a vibration wave propagating in the battery;
A measurement step of measuring the hardness of the battery from the detection value detected in the detection step;
A battery state estimation method comprising: an estimation step of estimating the state of the battery from the measurement value measured in the measurement step based on a relationship between the hardness of the battery and the state of the battery.
前記検出ステップは、
前記電池内に前記振動波として超音波を送信するステップと、
前記電池内を伝播した前記超音波を受信するステップとを含み、
前記測定ステップは、前記電池内の前記超音波の伝播時間を、前記電池の硬さを表す指標として測定する
ことを特徴とする請求項17に記載の電池状態推定方法。
The detecting step includes
Transmitting an ultrasonic wave as the vibration wave in the battery;
Receiving the ultrasonic wave propagated in the battery,
The battery state estimation method according to claim 17, wherein the measuring step measures the propagation time of the ultrasonic wave in the battery as an index representing the hardness of the battery.
前記推定ステップは、
前記電池の硬さに対応する前記伝播時間と、前記電池の状態を表す前記電池の劣化状態との関係を示す第1マップを参照し、前記測定ステップにより測定された前記伝播時間から前記劣化状態を推定する
ことを特徴とする請求項18に記載の電池状態推定方法。
The estimation step includes
Referring to the first map showing the relationship between the propagation time corresponding to the hardness of the battery and the deterioration state of the battery representing the state of the battery, the deterioration state from the propagation time measured by the measurement step The battery state estimation method according to claim 18, wherein:
前記測定ステップは、
前記振動波の振動周波数を、前記電池の硬さを表す指標として測定する
ことを特徴とする請求項17〜19のいずれか一項に記載の電池状態推定装置。
The measuring step includes
The battery state estimation device according to any one of claims 17 to 19, wherein a vibration frequency of the vibration wave is measured as an index representing the hardness of the battery.
前記推定ステップは、
前記電池の硬さに対応する前記振動周波数の特性と、前記電池の状態を表す前記電池の劣化状態との関係を示す第2マップを参照し、前記測定手段により測定された前記振動周波数から前記劣化状態を推定する
ことを特徴とする請求項20に記載の電池状態推定方法。
The estimation step includes
With reference to a second map showing the relationship between the characteristics of the vibration frequency corresponding to the hardness of the battery and the deterioration state of the battery representing the state of the battery, the vibration frequency measured by the measuring means is The battery state estimation method according to claim 20, wherein the deterioration state is estimated.
前記検出ステップは、前記電池の電圧または電流を検出するステップを含み、
前記測定ステップは、前記検出ステップで検出された前記電流値又は前記電圧値から、前記振動周波数に対する前記電池の特性を示す第1電池特性を測定し、
前記推定ステップは、
前記振動周波数に対する正常時の前記電池の特性である第2電池特性と、前記第1電池特性とを比較し、その比較結果から、前記電池の状態を推定する
ことを特徴とする請求項20又は21に記載の電池状態推定方法。
The detecting step includes detecting a voltage or current of the battery;
The measuring step measures a first battery characteristic indicating a characteristic of the battery with respect to the vibration frequency from the current value or the voltage value detected in the detecting step,
The estimation step includes
21. The second battery characteristic, which is a characteristic of the battery in a normal state with respect to the vibration frequency, is compared with the first battery characteristic, and the state of the battery is estimated from the comparison result. 22. The battery state estimation method according to 21.
前記推定ステップは
前記第1電池特性が、前記第2電池特性を含む所定の許容範囲より外側の特性を示す場合には、前記電池の電気機能が停止していると推定する
ことを特徴とする請求項22に記載の電池状態推定方法。
In the estimating step, when the first battery characteristic indicates a characteristic outside a predetermined allowable range including the second battery characteristic, it is estimated that the electric function of the battery is stopped. The battery state estimation method according to claim 22.
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