JP2014120200A - Battery system, and method for estimating lithium concentration distribution - Google Patents

Battery system, and method for estimating lithium concentration distribution Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To highly accurately estimate a lithium concentration distribution in an active material, when the temperature of a lithium ion secondary battery decreases.SOLUTION: A battery system comprises: a temperature sensor (203) for detecting the temperature of a lithium ion secondary battery (1); and a controller (300) for calculating a lithium concentration distribution in spherical active material models (141b, 142b) included in the lithium ion secondary battery. In a state where the active material models are divided into a plurality of regions in a radial direction, the controller calculates a lithium concentration distribution showing the lithium concentration in each of the regions, using a diffusion equation. The controller makes the division number (Ninc) of the regions in the case where a detected temperature obtained by the temperature sensor is below a threshold level larger than the division number (Nref) of the regions in the case where the detected temperature is above the threshold level.

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の活物質内におけるリチウム濃度分布を推定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for estimating a lithium concentration distribution in an active material of a lithium ion secondary battery.

特許文献1では、電池モデルを規定することにより、リチウムイオン二次電池に含まれる活物質モデル内のリチウム濃度分布を算出している。具体的には、球体と見なした活物質モデルの径方向において、活物質モデルをN個に分割しておき、拡散方程式(拡散モデル式)を用いることにより、活物質モデル内における各分割領域のリチウム濃度、言い換えれば、活物質モデル内のリチウム濃度分布を算出している。   In patent document 1, the lithium concentration distribution in the active material model included in the lithium ion secondary battery is calculated by defining a battery model. Specifically, the active material model is divided into N pieces in the radial direction of the active material model regarded as a sphere, and each divided region in the active material model is obtained by using a diffusion equation (diffusion model equation). In other words, the lithium concentration distribution in the active material model is calculated.

特開2008−243373号公報JP 2008-243373 A

特許文献1では、活物質モデルを分割するときの数Nを一義的に設定している。ここで、リチウムイオン二次電池の温度が低下したときには、拡散方程式で用いられる拡散係数が低下し、活物質モデル内におけるリチウムの拡散が制限されやすい。このとき、活物質モデルを分割するときの数Nを一義的に設定してしまうと、活物質モデル内におけるリチウム濃度分布を把握しにくくなる。   In patent document 1, the number N when dividing an active material model is uniquely set. Here, when the temperature of the lithium ion secondary battery decreases, the diffusion coefficient used in the diffusion equation decreases, and the diffusion of lithium in the active material model is likely to be limited. At this time, if the number N for dividing the active material model is uniquely set, it becomes difficult to grasp the lithium concentration distribution in the active material model.

本願第1の発明である電池システムは、リチウムイオン二次電池の温度を検出する温度センサと、リチウムイオン二次電池に含まれる球状の活物質モデル内におけるリチウム濃度分布を算出するコントローラとを有する。コントローラは、活物質モデルを径方向において複数の領域に分割した状態において、拡散方程式を用いて、各領域のリチウム濃度を示すリチウム濃度分布を算出する。また、コントローラは、温度センサによる検出温度が閾値よりも低いときにおける領域の分割数を、検出温度が閾値よりも高いときにおける領域の分割数よりも大きくする。   A battery system according to a first invention of the present application includes a temperature sensor that detects a temperature of a lithium ion secondary battery, and a controller that calculates a lithium concentration distribution in a spherical active material model included in the lithium ion secondary battery. . In a state where the active material model is divided into a plurality of regions in the radial direction, the controller calculates a lithium concentration distribution indicating a lithium concentration in each region using a diffusion equation. Further, the controller sets the number of divisions of the region when the temperature detected by the temperature sensor is lower than the threshold to be larger than the number of divisions of the region when the detected temperature is higher than the threshold.

活物質モデルの分割数を増やせば、活物質モデルを細分化させることができ、細分化された各領域のリチウム濃度を算出することができる。これに伴い、活物質モデルの内部におけるリチウム濃度分布を把握しやすくなる。ここで、リチウムイオン二次電池の温度が閾値よりも高いときには、拡散方程式で用いられる拡散係数が大きくなりやすく、活物質モデルの分割数を増やしてしまうと、拡散方程式の安定性を確保できなくなってしまう。   If the number of divisions of the active material model is increased, the active material model can be subdivided, and the lithium concentration of each subdivided region can be calculated. As a result, it becomes easier to grasp the lithium concentration distribution inside the active material model. Here, when the temperature of the lithium ion secondary battery is higher than the threshold value, the diffusion coefficient used in the diffusion equation tends to increase, and if the number of divisions of the active material model is increased, the stability of the diffusion equation cannot be secured. End up.

そこで、本願第1の発明では、リチウムイオン二次電池の温度が閾値よりも低いときには、リチウムイオン二次電池の温度が閾値よりも高いときに用いられる分割数よりも大きな分割数を設定している。上述したように、リチウムイオン二次電池の温度が低下すると、活物質モデル内におけるリチウムの拡散が制限されやすくなるため、活物質モデルの分割数を増やすことにより、活物質モデル内のリチウム濃度分布を把握しやすくなる。   Therefore, in the first invention of the present application, when the temperature of the lithium ion secondary battery is lower than the threshold value, a division number larger than the division number used when the temperature of the lithium ion secondary battery is higher than the threshold value is set. Yes. As described above, since the diffusion of lithium in the active material model is likely to be limited when the temperature of the lithium ion secondary battery is decreased, the lithium concentration distribution in the active material model is increased by increasing the number of divisions of the active material model. It becomes easy to grasp.

活物質モデルの内部におけるリチウム濃度分布を算出すれば、このリチウム濃度分布に基づいて、活物質モデルの界面におけるリチウム濃度を算出することができる。リチウムイオン二次電池の内部抵抗を規定する反応抵抗および拡散抵抗は、活物質モデルの界面におけるリチウム濃度に依存するため、界面のリチウム濃度を算出することにより、リチウムイオン二次電池の反応抵抗および拡散抵抗をそれぞれ特定することができる。   If the lithium concentration distribution inside the active material model is calculated, the lithium concentration at the interface of the active material model can be calculated based on this lithium concentration distribution. The reaction resistance and diffusion resistance that define the internal resistance of the lithium ion secondary battery depend on the lithium concentration at the interface of the active material model. Therefore, by calculating the lithium concentration at the interface, the reaction resistance of the lithium ion secondary battery and Each diffusion resistance can be specified.

反応抵抗および拡散抵抗を特定できれば、これらの抵抗成分を合わせることにより、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を特定することができる。本願第1の発明によれば、上述したように、活物質モデル内におけるリチウム濃度分布を把握しやすくなるため、このリチウム濃度分布から界面のリチウム濃度を算出するときに、界面のリチウム濃度を精度良く推定することができる。界面のリチウム濃度を精度良く推定することができれば、界面のリチウム濃度に依存する反応抵抗や拡散抵抗も精度良く推定することができる。これに伴い、反応抵抗および拡散抵抗を含む、リチウムイオン二次電池の内部抵抗も精度良く推定することができる。   If the reaction resistance and the diffusion resistance can be specified, the internal resistance of the lithium ion secondary battery can be specified by combining these resistance components. According to the first invention of the present application, as described above, the lithium concentration distribution in the active material model can be easily grasped. Therefore, when calculating the lithium concentration at the interface from the lithium concentration distribution, the lithium concentration at the interface is accurately determined. It can be estimated well. If the lithium concentration at the interface can be estimated with high accuracy, the reaction resistance and diffusion resistance depending on the lithium concentration at the interface can also be estimated with high accuracy. Accordingly, the internal resistance of the lithium ion secondary battery including the reaction resistance and the diffusion resistance can be estimated with high accuracy.

リチウムイオン二次電池の内部抵抗を特定できれば、リチウムイオン二次電池の開回路電圧を算出することができる。すなわち、リチウムイオン二次電池の閉回路電圧から、内部抵抗に伴う電圧変化量を減算することにより、リチウムイオン二次電池の開回路電圧を算出することができる。ここで、開回路電圧およびSOC(State of Charge)は、対応関係にあるため、この対応関係を用いれば、開回路電圧に対応したSOCを特定することができる。   If the internal resistance of the lithium ion secondary battery can be specified, the open circuit voltage of the lithium ion secondary battery can be calculated. That is, the open circuit voltage of the lithium ion secondary battery can be calculated by subtracting the amount of voltage change associated with the internal resistance from the closed circuit voltage of the lithium ion secondary battery. Here, since the open circuit voltage and the SOC (State of Charge) have a correspondence relationship, the SOC corresponding to the open circuit voltage can be specified by using this correspondence relationship.

上述したように、本願第1の発明によれば、リチウムイオン二次電池の内部抵抗を精度良く推定することができるため、リチウムイオン二次電池の開回路電圧も精度良く算出することができる。これに伴い、開回路電圧と対応関係にあるSOCの推定精度も向上させることができる。   As described above, according to the first invention of the present application, since the internal resistance of the lithium ion secondary battery can be estimated with high accuracy, the open circuit voltage of the lithium ion secondary battery can also be calculated with high accuracy. Accordingly, it is possible to improve the estimation accuracy of the SOC corresponding to the open circuit voltage.

拡散方程式を用いて、活物質モデル内のリチウム濃度分布を算出するときには、活物質モデルの中心および界面における境界条件を設定することができる。このように境界条件を設定すれば、拡散方程式を用いることにより、活物質モデルに含まれる各領域のリチウム濃度を算出することができる。   When calculating the lithium concentration distribution in the active material model using the diffusion equation, boundary conditions at the center and interface of the active material model can be set. If the boundary conditions are set in this way, the lithium concentration in each region included in the active material model can be calculated by using the diffusion equation.

検出温度と比較される閾値は、拡散方程式で用いられる拡散係数に基づいて、適宜設定することができる。拡散係数が大きくなるほど、拡散方程式の安定性を確保するために、活物質モデルの分割数を増やすことができない。一方、拡散係数が低下すれば、活物質モデルの分割数を増やしても、拡散方程式の安定性を確保することができる。この点に基づいて、閾値を適宜設定することができる。ここで、検出温度が閾値よりも低いときに拡散方程式で用いられる拡散係数は、検出温度が閾値よりも高いときに拡散方程式で用いられる拡散係数よりも小さくなる。   The threshold value to be compared with the detected temperature can be set as appropriate based on the diffusion coefficient used in the diffusion equation. As the diffusion coefficient increases, the number of divisions of the active material model cannot be increased in order to ensure the stability of the diffusion equation. On the other hand, if the diffusion coefficient decreases, the stability of the diffusion equation can be ensured even if the number of divisions of the active material model is increased. Based on this point, the threshold value can be set as appropriate. Here, the diffusion coefficient used in the diffusion equation when the detection temperature is lower than the threshold value is smaller than the diffusion coefficient used in the diffusion equation when the detection temperature is higher than the threshold value.

検出温度と比較される閾値には、第1閾値と、第1閾値よりも高い第2閾値とを含めることができる。ここで、リチウムイオン二次電池のSOCが、0%および100%から離れた所定範囲に含まれるときには、検出温度が第2閾値よりも低いときにおける分割数を、検出温度が第2閾値よりも高いときにおける分割数よりも大きくすることができる。一方、リチウムイオン二次電池のSOCが所定範囲から外れているときには、検出温度が第1閾値よりも低いときにおける分割数を、検出温度が第1閾値よりも高いときにおける分割数よりも大きくすることができる。   The threshold value to be compared with the detected temperature can include a first threshold value and a second threshold value that is higher than the first threshold value. Here, when the SOC of the lithium ion secondary battery is included in a predetermined range apart from 0% and 100%, the number of divisions when the detected temperature is lower than the second threshold is determined, and the detected temperature is lower than the second threshold. It can be made larger than the number of divisions when it is high. On the other hand, when the SOC of the lithium ion secondary battery is out of the predetermined range, the number of divisions when the detected temperature is lower than the first threshold is made larger than the number of divisions when the detected temperature is higher than the first threshold. be able to.

拡散方程式で用いられる拡散係数は、リチウムイオン二次電池のSOCにも依存する。具体的には、リチウムイオン二次電池のSOCが0%および100%に近づくほど、拡散係数が上昇する。また、リチウムイオン二次電池のSOCが所定範囲に含まれているときには、拡散係数が上昇しにくくなっている。言い換えれば、SOCが所定範囲に含まれているときの拡散係数は、SOCが所定範囲から外れているときの拡散係数よりも小さくなる。このため、SOCが所定範囲に含まれている場合には、検出温度と比較される閾値を高温側にシフトさせても、拡散方程式の安定性を確保することができる。   The diffusion coefficient used in the diffusion equation also depends on the SOC of the lithium ion secondary battery. Specifically, the diffusion coefficient increases as the SOC of the lithium ion secondary battery approaches 0% and 100%. Further, when the SOC of the lithium ion secondary battery is included in the predetermined range, the diffusion coefficient is difficult to increase. In other words, the diffusion coefficient when the SOC is included in the predetermined range is smaller than the diffusion coefficient when the SOC is out of the predetermined range. For this reason, when the SOC is included in the predetermined range, the stability of the diffusion equation can be ensured even if the threshold value to be compared with the detected temperature is shifted to the high temperature side.

そこで、リチウムイオン二次電池のSOCが所定範囲に含まれるときには、第2閾値を基準として、分割数を変更するようにしている。一方、リチウムイオン二次電池のSOCが所定範囲から外れるときには、第1閾値を基準として分割数を変更することができる。リチウムイオン二次電池のSOCが所定範囲に含まれるときには、分割数を切り替える基準を、第1閾値から第2閾値に変更することにより、拡散方程式の安定性を確保しながら、活物質モデルの分割数を増やすことができる条件(温度範囲)を広げることができる。   Therefore, when the SOC of the lithium ion secondary battery is included in the predetermined range, the division number is changed with the second threshold as a reference. On the other hand, when the SOC of the lithium ion secondary battery is out of the predetermined range, the number of divisions can be changed based on the first threshold value. When the SOC of the lithium ion secondary battery is included in the predetermined range, the reference for switching the number of divisions is changed from the first threshold value to the second threshold value, thereby ensuring the stability of the diffusion equation and dividing the active material model. Conditions (temperature range) that can increase the number can be expanded.

本願第2の発明は、リチウムイオン二次電池に含まれる球状の活物質モデルの内部におけるリチウム濃度分布を推定する推定方法である。ここで、活物質モデルを径方向において複数の領域に分割した状態において、拡散方程式を用いて、各領域のリチウム濃度を示すリチウム濃度分布を算出することができる。リチウム濃度分布を算出するとき、リチウムイオン二次電池の温度を検出して、この検出温度が閾値よりも低いときにおける領域の分割数を、検出温度が閾値よりも高いときにおける領域の分割数よりも大きくする。本願第2の発明においても、本願第1の発明と同様の効果を得ることができる。   The second invention of the present application is an estimation method for estimating a lithium concentration distribution inside a spherical active material model included in a lithium ion secondary battery. Here, in a state where the active material model is divided into a plurality of regions in the radial direction, a lithium concentration distribution indicating the lithium concentration in each region can be calculated using a diffusion equation. When calculating the lithium concentration distribution, the temperature of the lithium ion secondary battery is detected, and the number of divisions of the region when the detection temperature is lower than the threshold is greater than the number of divisions of the region when the detection temperature is higher than the threshold Also make it bigger. Also in the second invention of the present application, the same effect as that of the first invention of the present application can be obtained.

電池システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a battery system. 電池システムの一部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a part of battery system. 均等化回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an equalization circuit. 二次電池の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a secondary battery. 電池モデル式で用いられる変数等の一覧を示す図である。It is a figure which shows the list of variables etc. which are used with a battery model type | formula. 電池モデルを説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining a battery model. 極座標で示された活物質モデルを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the active material model shown by the polar coordinate. 二次電池の端子電圧と各種平均電位との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the terminal voltage of a secondary battery, and various average electric potential. 拡散係数の温度依存性を説明する図である。It is a figure explaining the temperature dependence of a diffusion coefficient. 拡散係数のSOC依存性を説明する図である。It is a figure explaining the SOC dependence of a diffusion coefficient. 開回路電圧(正極)および局所SOCの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an open circuit voltage (positive electrode) and local SOC. 開回路電圧(負極)および局所SOCの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an open circuit voltage (negative electrode) and local SOC. コントローラの内部に設けられた電池状態推定部の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the battery state estimation part provided in the inside of a controller. 電池状態推定部の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of a battery state estimation part. 活物質モデルの分割数を切り替える条件(温度およびSOC)を説明する図である。It is a figure explaining the conditions (temperature and SOC) which switch the division | segmentation number of an active material model. 活物質モデルの分割数を設定する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process which sets the division | segmentation number of an active material model. 分割数を切り替えたときの活物質モデルを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an active material model when the division | segmentation number is switched. 活物質モデルを3つの領域に分割したときにおいて、各領域のリチウム濃度を示す図である。It is a figure which shows the lithium concentration of each area | region when an active material model is divided | segmented into three area | regions. 活物質モデルを5つの領域に分割したときにおいて、各領域のリチウム濃度を示す図である。It is a figure which shows the lithium concentration of each area | region when an active material model is divided | segmented into five area | regions.

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

図1は、本実施例の電池システムの構成を示す図である。図1に示す電池システムは、車両に搭載することができる。車両としては、HV(Hybrid Vehicle)、PHV(Plug-in Hybrid Vehicle)およびEV(Electric Vehicle)がある。   FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the battery system of this example. The battery system shown in FIG. 1 can be mounted on a vehicle. Vehicles include HV (Hybrid Vehicle), PHV (Plug-in Hybrid Vehicle), and EV (Electric Vehicle).

HVは、車両を走行させるための動力源として、後述する組電池に加えて、内燃機関又は燃料電池といった他の動力源を備えている。PHVでは、HVにおいて、外部電源からの電力を用いて組電池を充電できる。EVは、車両の動力源として、後述する組電池だけを備えており、外部電源からの電力供給を用いて、組電池を充電することができる。外部電源とは、車両の外部において、車両とは別に設けられた電源(例えば、商用電源)である。   The HV includes other power sources such as an internal combustion engine or a fuel cell in addition to an assembled battery described later as a power source for running the vehicle. In PHV, an assembled battery can be charged using power from an external power source in HV. The EV includes only an assembled battery, which will be described later, as a power source of the vehicle, and can charge the assembled battery by using power supply from an external power source. The external power source is a power source (for example, commercial power source) provided separately from the vehicle outside the vehicle.

組電池100は、直列に接続された複数の二次電池1を有する。二次電池1としては、リチウムイオン二次電池を用いることができる。二次電池1の数は、組電池100の要求出力などに基づいて、適宜設定することができる。組電池100には、並列に接続された複数の二次電池1を含めることもできる。監視ユニット(電圧センサ)201は、組電池100の端子間電圧を検出したり、各二次電池1の端子間電圧Vbを検出したりする。監視ユニット201は、検出結果をコントローラ300に出力する。   The assembled battery 100 includes a plurality of secondary batteries 1 connected in series. As the secondary battery 1, a lithium ion secondary battery can be used. The number of secondary batteries 1 can be appropriately set based on the required output of the assembled battery 100 and the like. The assembled battery 100 can also include a plurality of secondary batteries 1 connected in parallel. The monitoring unit (voltage sensor) 201 detects the inter-terminal voltage of the assembled battery 100 or detects the inter-terminal voltage Vb of each secondary battery 1. The monitoring unit 201 outputs the detection result to the controller 300.

電流センサ202は、組電池100に流れる電流Ibを検出し、検出結果をコントローラ300に出力する。ここで、放電電流Ibを正の値とし、充電電流Ibを負の値としている。温度センサ203は、組電池100の温度Tbを検出し、検出結果をコントローラ300に出力する。複数の温度センサ203を用いることにより、互いに異なる位置に配置された二次電池1の温度Tbを検出しやすくなる。   The current sensor 202 detects the current Ib flowing through the assembled battery 100 and outputs the detection result to the controller 300. Here, the discharge current Ib is a positive value, and the charging current Ib is a negative value. The temperature sensor 203 detects the temperature Tb of the assembled battery 100 and outputs the detection result to the controller 300. By using the plurality of temperature sensors 203, it becomes easy to detect the temperature Tb of the secondary batteries 1 arranged at different positions.

コントローラ300は、メモリ300aを有しており、メモリ300aは、コントローラ300が所定処理(例えば、本実施例で説明する処理)を行うための各種の情報を記憶している。本実施例では、メモリ300aが、コントローラ300に内蔵されているが、コントローラ300の外部にメモリ300aを設けることもできる。   The controller 300 includes a memory 300a, and the memory 300a stores various types of information for the controller 300 to perform predetermined processing (for example, processing described in the present embodiment). In this embodiment, the memory 300a is built in the controller 300, but the memory 300a can be provided outside the controller 300.

組電池100の正極端子と接続された正極ラインPLには、システムメインリレーSMR−Bが設けられている。システムメインリレーSMR−Bは、コントローラ300からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。組電池100の負極端子と接続された負極ラインNLには、システムメインリレーSMR−Gが設けられている。システムメインリレーSMR−Gは、コントローラ300からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。   A system main relay SMR-B is provided on the positive electrode line PL connected to the positive electrode terminal of the assembled battery 100. System main relay SMR-B is switched between ON and OFF by receiving a control signal from controller 300. A system main relay SMR-G is provided on the negative electrode line NL connected to the negative electrode terminal of the assembled battery 100. System main relay SMR-G is switched between on and off by receiving a control signal from controller 300.

システムメインリレーSMR−Gには、システムメインリレーSMR−Pおよび電流制限抵抗204が並列に接続されている。システムメインリレーSMR−Pおよび電流制限抵抗204は、直列に接続されている。システムメインリレーSMR−Pは、コントローラ300からの制御信号を受けることにより、オンおよびオフの間で切り替わる。   A system main relay SMR-P and a current limiting resistor 204 are connected in parallel to the system main relay SMR-G. System main relay SMR-P and current limiting resistor 204 are connected in series. System main relay SMR-P is switched between ON and OFF by receiving a control signal from controller 300.

電流制限抵抗204は、組電池100を負荷(具体的には、インバータ205)と接続するときに、コンデンサ205に突入電流が流れることを抑制するために用いられる。コンデンサ205は、正極ラインPLおよび負極ラインNLに接続されており、正極ラインPLおよび負極ラインNLの間における電圧変動を平滑化するために用いられる。   The current limiting resistor 204 is used for suppressing an inrush current from flowing through the capacitor 205 when the assembled battery 100 is connected to a load (specifically, an inverter 205). Capacitor 205 is connected to positive electrode line PL and negative electrode line NL, and is used to smooth voltage fluctuations between positive electrode line PL and negative electrode line NL.

組電池100をインバータ206と接続するとき、コントローラ300は、まず、システムメインリレーSMR−Bをオフからオンに切り替えるとともに、システムメインリレーSMR−Pをオフからオンに切り替える。これにより、電流制限抵抗204に電流が流れることになる。   When connecting the assembled battery 100 to the inverter 206, the controller 300 first switches the system main relay SMR-B from off to on and switches the system main relay SMR-P from off to on. As a result, a current flows through the current limiting resistor 204.

次に、コントローラ300は、システムメインリレーSMR−Gをオフからオンに切り替えるとともに、システムメインリレーSMR−Pをオンからオフに切り替える。これにより、組電池100およびインバータ205の接続が完了し、図1に示す電池システムは、起動状態(Ready-On)となる。コントローラ300には、車両のイグニッションスイッチのオン/オフに関する情報が入力され、コントローラ300は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わることに応じて、図1に示す電池システムを起動する。   Next, the controller 300 switches the system main relay SMR-G from off to on and switches the system main relay SMR-P from on to off. Thereby, the connection between the assembled battery 100 and the inverter 205 is completed, and the battery system shown in FIG. 1 is in a start-up state (Ready-On). Information about on / off of the ignition switch of the vehicle is input to the controller 300, and the controller 300 activates the battery system shown in FIG. 1 in response to the ignition switch switching from off to on.

一方、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったとき、コントローラ300は、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gをオンからオフに切り替える。これにより、組電池100およびインバータ206の接続が遮断され、図1に示す電池システムは、停止状態(Ready-Off)となる。   On the other hand, when the ignition switch is switched from on to off, the controller 300 switches the system main relays SMR-B and SMR-G from on to off. Thereby, the connection between the assembled battery 100 and the inverter 206 is cut off, and the battery system shown in FIG. 1 enters a stopped state (Ready-Off).

インバータ206は、組電池100からの直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ・ジェネレータ207に出力する。モータ・ジェネレータ207としては、例えば、三相交流モータを用いることができる。モータ・ジェネレータ207は、インバータ206からの交流電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。モータ・ジェネレータ207によって生成された運動エネルギは、車輪に伝達され、車両を走行させることができる。   The inverter 206 converts the DC power from the assembled battery 100 into AC power and outputs the AC power to the motor / generator 207. As the motor generator 207, for example, a three-phase AC motor can be used. Motor generator 207 receives AC power from inverter 206 and generates kinetic energy for running the vehicle. The kinetic energy generated by the motor / generator 207 is transmitted to the wheels so that the vehicle can run.

車両を減速させたり、停止させたりするとき、モータ・ジェネレータ207は、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギ(交流電力)に変換する。インバータ206は、モータ・ジェネレータ207が生成した交流電力を直流電力に変換し、直流電力を組電池100に出力する。これにより、組電池100は、回生電力を蓄えることができる。   When the vehicle is decelerated or stopped, the motor / generator 207 converts kinetic energy generated during braking of the vehicle into electric energy (AC power). The inverter 206 converts AC power generated by the motor / generator 207 into DC power, and outputs the DC power to the assembled battery 100. Thereby, the assembled battery 100 can store regenerative electric power.

本実施例では、組電池100をインバータ206に接続しているが、これに限るものではない。具体的には、組電池100およびインバータ206の間の電流経路に、昇圧回路を設けることができる。昇圧回路を用いることにより、組電池100の出力電圧を昇圧することができる。また、昇圧回路は、インバータ206から組電池100への出力電圧を降圧することができる。   In the present embodiment, the assembled battery 100 is connected to the inverter 206, but the present invention is not limited to this. Specifically, a booster circuit can be provided in the current path between the assembled battery 100 and the inverter 206. By using the booster circuit, the output voltage of the assembled battery 100 can be boosted. The booster circuit can step down the output voltage from the inverter 206 to the assembled battery 100.

図2に示すように、監視ユニット201は、組電池100を構成する二次電池1の数だけ、電圧監視IC(Integrated Circuit)201aを有しており、各電圧監視IC201aは、各二次電池1に並列に接続されている。電圧監視IC201aは、二次電池1の電圧Vbを検出し、検出結果をコントローラ300に出力する。また、各二次電池1には、均等化回路208が並列に接続されており、均等化回路208は、複数の二次電池1における電圧又はSOC(State of Charge)を均等化させるために用いられる。SOCは、満充電容量に対する、現在の充電容量の割合を示す。均等化回路208の動作は、コントローラ300によって制御される。   As shown in FIG. 2, the monitoring unit 201 includes voltage monitoring ICs (Integrated Circuits) 201a corresponding to the number of secondary batteries 1 constituting the assembled battery 100, and each voltage monitoring IC 201a includes each secondary battery. 1 is connected in parallel. The voltage monitoring IC 201a detects the voltage Vb of the secondary battery 1 and outputs the detection result to the controller 300. In addition, an equalization circuit 208 is connected in parallel to each secondary battery 1, and the equalization circuit 208 is used to equalize the voltage or SOC (State of Charge) in the plurality of secondary batteries 1. It is done. The SOC indicates the ratio of the current charge capacity to the full charge capacity. The operation of the equalization circuit 208 is controlled by the controller 300.

例えば、コントローラ300は、電圧監視IC201aの出力に基づいて、特定の二次電池1の電圧が他の二次電池1の電圧よりも高いと判別したとき、特定の二次電池1に対応した均等化回路208だけを動作させることにより、特定の二次電池1だけを放電させる。これにより、特定の二次電池1の電圧だけが低下し、他の二次電池1の電圧に揃えることができる。   For example, when the controller 300 determines that the voltage of a specific secondary battery 1 is higher than the voltages of other secondary batteries 1 based on the output of the voltage monitoring IC 201a, the controller 300 is equivalent to the specific secondary battery 1. Only the specific secondary battery 1 is discharged by operating only the control circuit 208. Thereby, only the voltage of the specific secondary battery 1 falls, and it can align with the voltage of the other secondary battery 1.

均等化回路208の具体的な構成(一例)について、図3を用いて説明する。図3は、二次電池1および均等化回路208の構成を示す回路図である。   A specific configuration (example) of the equalization circuit 208 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the secondary battery 1 and the equalization circuit 208.

均等化回路208は、抵抗208aおよびスイッチ素子208bを有する。スイッチ素子208bは、コントローラ300からの制御信号を受けて、オンおよびオフの間で切り替わる。スイッチ素子208bがオフからオンに切り替われば、二次電池1から抵抗208aに電流が流れることになり、二次電池1を放電させることができる。これにより、各二次電池1の電圧を調整して、複数の二次電池1における電圧を均等化させることができる。   The equalization circuit 208 includes a resistor 208a and a switch element 208b. The switch element 208b is switched between ON and OFF in response to a control signal from the controller 300. When the switch element 208b is switched from OFF to ON, a current flows from the secondary battery 1 to the resistor 208a, and the secondary battery 1 can be discharged. Thereby, the voltage of each secondary battery 1 can be adjusted, and the voltage in the some secondary battery 1 can be equalized.

本実施例では、各二次電池1に対して均等化回路208や電圧監視IC201aを設けているが、これに限るものではない。例えば、組電池100を構成する複数の二次電池1を、複数の電池ブロックに分けたとき、各電池ブロックに対して、均等化回路208や電圧監視IC201aを設けることができる。各電池ブロックは、直列に接続された複数の二次電池1によって構成されており、複数の電池ブロックが直列に接続されることにより、組電池100が構成される。電圧監視IC201aは、対応する電池ブロックの電圧を検出し、均等化回路208は、対応する電池ブロックを放電させる。なお、各電池ブロックには、並列に接続された複数の二次電池1を含めることもできる。   In this embodiment, the equalization circuit 208 and the voltage monitoring IC 201a are provided for each secondary battery 1, but this is not restrictive. For example, when a plurality of secondary batteries 1 constituting the assembled battery 100 are divided into a plurality of battery blocks, an equalization circuit 208 and a voltage monitoring IC 201a can be provided for each battery block. Each battery block includes a plurality of secondary batteries 1 connected in series, and the assembled battery 100 is configured by connecting the plurality of battery blocks in series. The voltage monitoring IC 201a detects the voltage of the corresponding battery block, and the equalization circuit 208 discharges the corresponding battery block. Each battery block can also include a plurality of secondary batteries 1 connected in parallel.

均等化処理を精度良く行うためには、二次電池1のOCV(Open Circuit Voltage、開回路電圧)に基づいて、均等化処理を行うことが好ましい。組電池100を構成する複数の二次電池1においては、SOCにバラツキが発生することがある。二次電池1の満充電容量は、二次電池1の劣化が進行することに応じて低下し、複数の二次電池1における劣化のバラツキに応じて、満充電容量のバラツキが発生してしまう。また、二次電池1の充電容量は、自己放電などによって低下することがあるが、充電容量の低下量は、複数の二次電池1において互いに異なることがある。この結果、複数の二次電池1において、SOCのバラツキが発生してしまう。   In order to perform the equalization process with high accuracy, it is preferable to perform the equalization process based on the OCV (Open Circuit Voltage) of the secondary battery 1. In the plurality of secondary batteries 1 constituting the assembled battery 100, the SOC may vary. The full charge capacity of the secondary battery 1 decreases as the deterioration of the secondary battery 1 proceeds, and variations in the full charge capacity occur according to variations in the deterioration of the plurality of secondary batteries 1. . In addition, the charge capacity of the secondary battery 1 may be reduced due to self-discharge or the like, but the amount of charge capacity reduction may be different among the plurality of secondary batteries 1. As a result, SOC variation occurs in the plurality of secondary batteries 1.

SOCのバラツキが発生したときには、複数の二次電池1を同等の状態で使用し続けるために、SOCのバラツキを低減させることが好ましい。複数の二次電池1を互いに異なる状態で使用し続けると、特定の二次電池1だけが劣化しやすくなってしまうことがある。ここで、二次電池1のSOCは、二次電池1のOCVと対応関係があるため、SOCのバラツキを低減させるためには、OCVのバラツキを低減させればよい。このため、複数の二次電池1におけるOCVを取得し、これらのOCVに基づいて、均等化処理を行えば、SOCのバラツキを低減させることができる。   When the SOC variation occurs, it is preferable to reduce the SOC variation in order to continue using the secondary batteries 1 in an equivalent state. If a plurality of secondary batteries 1 are continuously used in different states, only a specific secondary battery 1 may be easily deteriorated. Here, since the SOC of the secondary battery 1 has a corresponding relationship with the OCV of the secondary battery 1, in order to reduce the variation in the SOC, the variation in the OCV may be reduced. For this reason, if OCV in the some secondary battery 1 is acquired and equalization processing is performed based on these OCV, the variation in SOC can be reduced.

次に、本実施例で用いられる電池モデルについて説明する。図4は、二次電池1の構成を示す概略図である。図4に示す座標軸xは、電極の厚み方向における位置を示す。   Next, the battery model used in the present embodiment will be described. FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the secondary battery 1. A coordinate axis x shown in FIG. 4 indicates a position in the thickness direction of the electrode.

二次電池1は、正極141と、負極142と、セパレータ143とを有する。セパレータ143は、正極141および負極142の間に位置しており、電解液を含んでいる。正極141は、アルミニウムなどで構成された集電板141aを有しており、集電板141aは、二次電池1の正極端子11と電気的に接続されている。負極142は、銅などで構成された集電板142aを有しており、集電板142aは、二次電池1の負極端子12と電気的に接続されている。   The secondary battery 1 includes a positive electrode 141, a negative electrode 142, and a separator 143. The separator 143 is located between the positive electrode 141 and the negative electrode 142 and contains an electrolytic solution. The positive electrode 141 has a current collecting plate 141 a made of aluminum or the like, and the current collecting plate 141 a is electrically connected to the positive electrode terminal 11 of the secondary battery 1. The negative electrode 142 includes a current collector plate 142 a made of copper or the like, and the current collector plate 142 a is electrically connected to the negative electrode terminal 12 of the secondary battery 1.

負極142および正極141のそれぞれは、球状の活物質142b,141bの集合体で構成されている。二次電池1を放電するとき、負極142の活物質142bの界面上では、リチウムイオンLi+および電子e-を放出する化学反応が行われる。また、正極141の活物質141bの界面上では、リチウムイオンLi+および電子e-を吸収する化学反応が行われる。負極142および正極141の間でのリチウムイオンLi+の授受によって、二次電池1の充放電が行われ、充電電流Ib(Ib<0)または放電電流Ib(Ib>0)が生じる。 Each of the negative electrode 142 and the positive electrode 141 is composed of an aggregate of spherical active materials 142b and 141b. When the secondary battery 1 is discharged, a chemical reaction that releases lithium ions Li + and electrons e is performed on the interface of the active material 142 b of the negative electrode 142. In addition, a chemical reaction that absorbs lithium ions Li + and electrons e is performed on the interface of the active material 141 b of the positive electrode 141. The secondary battery 1 is charged and discharged by the exchange of lithium ions Li + between the negative electrode 142 and the positive electrode 141, and a charging current Ib (Ib <0) or a discharging current Ib (Ib> 0) is generated.

本実施例に用いられる基礎的な電池モデル式は、以下の式(1)〜(11)からなる基礎方程式で表される。図5は、電池モデル式で用いられる変数および定数の一覧表を示す。   The basic battery model formula used in this embodiment is represented by a basic equation consisting of the following formulas (1) to (11). FIG. 5 shows a list of variables and constants used in the battery model equation.

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

上記式(1),(2)は、電極(活物質)における電気化学反応を示す式であり、バトラー・ボルマーの式と呼ばれる。   The above formulas (1) and (2) are formulas indicating an electrochemical reaction in the electrode (active material), and are called Butler-Volmer formulas.

電解液中のリチウムイオン濃度保存則に関する式として、下記式(3)が成立する。活物質内のリチウム濃度保存則に関する式として、下記式(4)の拡散方程式と、下記式(5),(6)に示す境界条件式が適用される。下記式(5)は、活物質の中心部における境界条件を示し、下記式(6)は、活物質の電解液との界面(以下、単に「界面」ともいう)における境界条件を示す。   The following formula (3) is established as a formula for the conservation law of lithium ion concentration in the electrolytic solution. As an equation relating to the law of conservation of lithium concentration in the active material, a diffusion equation of the following equation (4) and boundary condition equations shown in the following equations (5) and (6) are applied. The following formula (5) represents the boundary condition at the center of the active material, and the following formula (6) represents the boundary condition at the interface between the active material and the electrolyte (hereinafter also simply referred to as “interface”).

活物質の界面における局所的なリチウム濃度分布(濃度分布)である局所SOCθjは、下記式(7)で定義される。下記式(7)中のcsejは、下記式(8)に示されるように、正極および負極の活物質界面におけるリチウム濃度を示している。csj,maxは、活物質内での限界リチウム濃度を示している。 The local SOC θ j that is a local lithium concentration distribution (concentration distribution) at the interface of the active material is defined by the following formula (7). C sej in the following formula (7) indicates the lithium concentration at the active material interface between the positive electrode and the negative electrode, as shown in the following formula (8). c sj, max indicates the limit lithium concentration in the active material.

電解液中の電荷保存則に関する式として、下記式(9)が成立し、活物質中の電荷保存則に関する式として、下記式(10)が成立する。活物質界面での電気化学反応式として、電流密度I(t)と、反応電流密度jj Liとの関係を示す下記式(11)が成立する。 The following equation (9) is established as an equation relating to the charge conservation law in the electrolytic solution, and the following equation (10) is established as an equation relating to the charge conservation law in the active material. As an electrochemical reaction formula at the active material interface, the following formula (11) indicating the relationship between the current density I (t) and the reaction current density j j Li is established.

上記式(1)〜(11)の基礎方程式で表される電池モデル式は、以下に説明するように、簡易化することができる。電池モデル式の簡易化により、演算負荷を低減したり、演算時間を短縮したりすることができる。   The battery model formula represented by the basic equations of the above formulas (1) to (11) can be simplified as described below. The simplification of the battery model formula can reduce the calculation load and the calculation time.

負極142および正極141のそれぞれにおける電気化学反応を一様なものと仮定する。すなわち、各電極142,141において、x方向における反応が均一に生じるものと仮定する。また、各電極142,141に含まれる複数の活物質142b,141bでの反応が均一と仮定するので、各電極142,141の活物質142b,141bを、1個の活物質モデルとして取り扱う。これにより、図4に示す二次電池1の構造は、図6に示す構造にモデリングすることができる。   It is assumed that the electrochemical reaction in each of the negative electrode 142 and the positive electrode 141 is uniform. That is, it is assumed that the reaction in the x direction occurs uniformly in each of the electrodes 142 and 141. Further, since it is assumed that the reactions in the plurality of active materials 142b and 141b included in the electrodes 142 and 141 are uniform, the active materials 142b and 141b of the electrodes 142 and 141 are handled as one active material model. Thereby, the structure of the secondary battery 1 shown in FIG. 4 can be modeled into the structure shown in FIG.

図6に示す電池モデルでは、活物質モデル141b(j=1)および活物質モデル142b(j=2)の表面における電極反応をモデリングすることができる。また、図6に示す電池モデルでは、活物質モデル141b,142bの内部におけるリチウムの拡散(径方向)と、電解液中のリチウムイオンの拡散(濃度分布)とをモデリングすることができる。さらに、図6に示す電池モデルの各部位において、電位分布や温度分布をモデリングすることができる。   In the battery model shown in FIG. 6, the electrode reaction on the surfaces of the active material model 141b (j = 1) and the active material model 142b (j = 2) can be modeled. Further, in the battery model shown in FIG. 6, it is possible to model the diffusion (diameter direction) of lithium inside the active material models 141b and 142b and the diffusion (concentration distribution) of lithium ions in the electrolytic solution. Furthermore, potential distribution and temperature distribution can be modeled in each part of the battery model shown in FIG.

図7に示すように、各活物質モデル141b,142bの内部におけるリチウム濃度csは、活物質モデル141b,142bの半径方向の座標r上での関数として表すことができる。rは、活物質モデル141b,142bの中心から各点までの距離であり、rsは、活物質モデル141b,142bの半径である。ここで、活物質モデル141b,142bの周方向における位置依存性は、無いものと仮定している。 As shown in FIG. 7, the lithium concentration c s inside each of the active material models 141b and 142b can be expressed as a function on the coordinate r in the radial direction of the active material models 141b and 142b. r is the distance from the center of the active material models 141b and 142b to each point, and r s is the radius of the active material models 141b and 142b. Here, it is assumed that there is no position dependency in the circumferential direction of the active material models 141b and 142b.

図7に示す活物質モデル141b,142bは、界面での電気化学反応に伴う、活物質の内部におけるリチウム拡散現象を推定するために用いられる。活物質モデル141b,142bの径方向にN分割(N:2以上の自然数)された各領域(k=1〜N)について、リチウム濃度cs,k(t)が、後述する拡散方程式に従って推定される。ここで、N分割された複数の領域におけるリチウム濃度cs,k(t)によって、活物質内のリチウム濃度分布が得られる。 The active material models 141b and 142b shown in FIG. 7 are used to estimate the lithium diffusion phenomenon inside the active material due to the electrochemical reaction at the interface. The lithium concentration c s, k (t) is estimated according to the diffusion equation described later for each region (k = 1 to N) divided into N (N: natural number of 2 or more) in the radial direction of the active material models 141b and 142b. Is done. Here, the lithium concentration distribution in the active material is obtained by the lithium concentrations c s, k (t) in a plurality of N-divided regions.

図6に示す電池モデルによれば、基礎方程式(1)〜(6),(8)は、下記式(1’)〜(6’),(8’)で表すことができる。   According to the battery model shown in FIG. 6, the basic equations (1) to (6) and (8) can be expressed by the following equations (1 ') to (6') and (8 ').

上記式(3’)では、電解液の濃度を時間に対して不変と仮定することによって、cej(t)が一定値であると仮定する。また、活物質モデル141b,142bに対しては、拡散方程式(4)〜(6)が極座標方向の分布のみを考慮して、拡散方程式(4’)〜(6’)に変形される。上記式(8’)において、活物質の界面におけるリチウム濃度csejは、図7に示したN分割領域のうちの最外周の領域におけるリチウム濃度csj(t)に対応する。 In the above equation (3 ′), it is assumed that c ej (t) is a constant value by assuming that the concentration of the electrolytic solution does not change with time. For the active material models 141b and 142b, the diffusion equations (4) to (6) are transformed into diffusion equations (4 ′) to (6 ′) considering only the distribution in the polar coordinate direction. In the above formula (8 ′), the lithium concentration c sej at the interface of the active material corresponds to the lithium concentration c sj (t) in the outermost region of the N-divided region shown in FIG.

電界液中の電荷保存則に関する上記式(9)は、上記式(3’)を用いて、下記式(12)に簡易化される。すなわち、電解液の電位φejは、xの二次関数として近似される。過電圧ηj♯の算出に用いる電解液中の平均電位φej♯は、下記式(12)を電極厚さLjで積分した下記式(13)によって求められる。 The above formula (9) relating to the law of conservation of electric charge in the electrolysis solution is simplified to the following formula (12) using the above formula (3 ′). That is, the potential φ ej of the electrolytic solution is approximated as a quadratic function of x. The average potential φ ej # in the electrolytic solution used for calculating the overvoltage η j # is obtained by the following formula (13) obtained by integrating the following formula (12) with the electrode thickness L j .

負極142については、下記式(12)に基づいて、下記式(14)が成立する。このため、電解液平均電位φe2♯と、負極142およびセパレータ143の境界における電解液電位との電位差は、下記式(15)で表される。正極141については、電解液平均電位φe1♯と、正極141およびセパレータ143の境界における電解液電位との電位差は、下記式(16)で表される。 For the negative electrode 142, the following formula (14) is established based on the following formula (12). Therefore, the potential difference between the electrolyte average potential φ e2 # and the electrolyte potential at the boundary between the negative electrode 142 and the separator 143 is expressed by the following equation (15). For the positive electrode 141, the potential difference between the electrolyte average potential φ e1 # and the electrolyte potential at the boundary between the positive electrode 141 and the separator 143 is expressed by the following formula (16).

活物質中の電荷保存則に関する上記式(10)についても、下記式(17)に簡易化することができる。すなわち、活物質の電位φsjについても、xの二次関数として近似される。過電圧ηj♯の算出に用いる活物質中の平均電位φsj♯は、下記式(17)を電極厚さLjで積分した下記式(18)によって求められる。このため、正極141に関して、活物質平均電位φs1♯と、活物質モデル141bおよび集電板141aの境界における活物質電位との電位差は、下記式(19)で示される。同様に、負極142については、下記式(20)が成立する。 The above formula (10) relating to the law of conservation of charge in the active material can also be simplified to the following formula (17). That is, the potential φ sj of the active material is also approximated as a quadratic function of x. The average potential φ sj # in the active material used for calculating the overvoltage η j # is obtained by the following formula (18) obtained by integrating the following formula (17) with the electrode thickness L j . Therefore, with respect to the positive electrode 141, the potential difference between the active material average potential φ s1 # and the active material potential at the boundary between the active material model 141b and the current collector plate 141a is expressed by the following formula (19). Similarly, the following formula (20) is established for the negative electrode 142.

図8は、二次電池1の端子電圧V(t)と、上述したように求めた各平均電位との関係を示す。図8において、セパレータ143では、反応電流密度jj Liが0であるため、セパレータ143での電圧降下は、電流密度I(t)に比例し、Ls/κs eff・I(t)となる。 FIG. 8 shows the relationship between the terminal voltage V (t) of the secondary battery 1 and each average potential obtained as described above. In FIG. 8, since the reaction current density j j Li is 0 in the separator 143, the voltage drop at the separator 143 is proportional to the current density I (t), and L s / κ s eff · I (t) Become.

また、各電極中における電気化学反応を一様と仮定したことにより、極板の単位面積当たりの電流密度I(t)と反応電流密度(リチウム生成量)jj Liとの間には、下記式(21)が成立する。 In addition, by assuming that the electrochemical reaction in each electrode is uniform, the current density I (t) per unit area of the electrode plate and the reaction current density (lithium generation amount) j j Li are as follows. Formula (21) is materialized.

図8に示す電位関係および上記式(21)に基づいて、電池電圧V(t)については、下記式(22)が成立する。下記式(22)は、図8に示す式(23)の電位関係式を前提とする。   Based on the potential relationship shown in FIG. 8 and the above equation (21), the following equation (22) is established for the battery voltage V (t). The following equation (22) is based on the potential relational equation of equation (23) shown in FIG.

次に、平均過電圧η♯(t)を算出する。jj Liを一定にするとともに、バトラー・ボルマーの関係式において、充放電効率を同一として、αajおよびαcjを0.5とすると、下記式(24)が成立する。下記式(24)を逆変換することにより、平均過電圧η♯(t)は、下記式(25)により求められる。 Next, an average overvoltage η # (t) is calculated. Assuming that j j Li is constant and the charge / discharge efficiency is the same in the Butler-Bolmer relational expression and α aj and α cj are 0.5, the following equation (24) is established. The average overvoltage η # (t) is obtained by the following equation (25) by inversely transforming the following equation (24).

図8を用いて平均電位φs1、φs2を求め、求めた値を上記式(22)に代入する。また、上記式(25)から求めた平均過電圧η1♯(t)、η2♯(t)を上記式(23)に代入する。この結果、上記式(1’),(21)および上記式(2’)に基づいて、電気化学反応モデル式に従った電圧−電流関係モデル式(M1a)が導出される。 The average potentials φ s1 and φ s2 are obtained using FIG. 8, and the obtained values are substituted into the above equation (22). Further, the average overvoltages η 1 # (t) and η 2 # (t) obtained from the above equation (25) are substituted into the above equation (23). As a result, a voltage-current relationship model formula (M1a) according to the electrochemical reaction model formula is derived based on the formulas (1 ′), (21) and the formula (2 ′).

リチウム濃度保存則(拡散方程式)である上記式(4’)および境界条件式(5’),(6’)によって、活物質モデル141b,142bについての活物質拡散モデル式(M2a)が求められる。   The active material diffusion model equation (M2a) for the active material models 141b and 142b is obtained by the above equation (4 ′) and boundary condition equations (5 ′) and (6 ′) which are the lithium concentration conservation law (diffusion equation). .

モデル式(M1a)の右辺第1項は、活物質表面での反応物質(リチウム)濃度により決定される開回路電圧(OCV)を示し、右辺第2項は、過電圧(η1♯−η2♯)を示し、右辺第3項は、二次電池に電流が流れることによる電圧降下を示す。すなわち、二次電池10の直流純抵抗が,式(M2a)中のRd(T)で表わされる。 The first term on the right side of the model formula (M1a) represents the open circuit voltage (OCV) determined by the concentration of the reactant (lithium) on the active material surface, and the second term on the right side represents the overvoltage (η 1 # −η 2 #), And the third term on the right side indicates a voltage drop due to current flowing in the secondary battery. That is, the DC pure resistance of the secondary battery 10 is represented by Rd (T) in the formula (M2a).

式(M2a)において、反応物質であるリチウムの拡散速度を規定するパラメータとして用いられる拡散係数Ds1、Ds2は温度依存性を有する。したがって、拡散係数Ds1、Ds2は、例えば、図9に示すマップを用いて設定することができる。図9に示すマップは、予め取得しておくことができる。図9において、横軸の電池温度Tbは、温度センサ203を用いて取得された温度である。図9に示すように、拡散係数Ds1、Ds2は、電池温度Tbの低下に応じて低下する。言い換えれば、拡散係数Ds1、Ds2は、電池温度Tbの上昇に応じて上昇する。 In the formula (M2a), diffusion coefficients D s1 and D s2 used as parameters for defining the diffusion rate of lithium as a reactant have temperature dependence. Therefore, the diffusion coefficients D s1 and D s2 can be set using, for example, the map shown in FIG. The map shown in FIG. 9 can be acquired in advance. In FIG. 9, the battery temperature Tb on the horizontal axis is the temperature acquired using the temperature sensor 203. As shown in FIG. 9, the diffusion coefficients D s1 and D s2 decrease as the battery temperature Tb decreases. In other words, the diffusion coefficients D s1 and D s2 increase as the battery temperature Tb increases.

拡散係数Ds1、Ds2について、温度Tbの依存性だけでなく、局所SOCθの依存性を考慮してもよい。ここで、拡散係数Ds1、Ds2および局所SOCθは、図10に示す関係を有する。図10において、縦軸は局所SOCθであり、横軸は拡散係数Ds1、Ds2である。図10に示すように、局所SOCθが0%に近づくほど、拡散係数Ds1、Ds2が上昇するとともに、局所SOCθが100%に近づくほど、拡散係数Ds1、Ds2が上昇する。一方、局所SOCθが0%および100%の間では、拡散係数Ds1、Ds2が低下する。この場合、電池温度Tb、局所SOCθおよび拡散係数Ds1、Ds2の関係を示すマップを予め用意しておけば、電池温度Tbおよび局所SOCθに対応した拡散係数Ds1、Ds2を特定することができる。 Regarding the diffusion coefficients D s1 and D s2 , not only the dependency of the temperature Tb but also the dependency of the local SOC θ may be considered. Here, the diffusion coefficients D s1 and D s2 and the local SOC θ have the relationship shown in FIG. In FIG. 10, the vertical axis represents the local SOC θ, and the horizontal axis represents the diffusion coefficients D s1 and D s2 . As shown in FIG. 10, as the local SOCθ approaches 0%, the diffusion coefficient D s1, D s2 along with rises, the more local SOCθ approaches 100%, the diffusion coefficient D s1, D s2 is increased. On the other hand, when the local SOC θ is between 0% and 100%, the diffusion coefficients D s1 and D s2 decrease. In this case, if a map showing the relationship between the battery temperature Tb, the local SOC θ and the diffusion coefficients D s1 and D s2 is prepared in advance, the diffusion coefficients D s1 and D s2 corresponding to the battery temperature Tb and the local SOC θ are specified. Can do.

式(M1a)に含まれる開回路電圧U1は、図11Aに示すように、局所SOCθの上昇に応じて低下する。また、開回路電圧U2は、図11Bに示すように、局所SOCθの上昇に応じて上昇する。図11Aおよび図11Bに示すマップを予め用意しておけば、局所SOCθに対応した開回路電圧U1,U2を特定することができる。   The open circuit voltage U1 included in the equation (M1a) decreases as the local SOC θ increases as shown in FIG. 11A. Further, the open circuit voltage U2 increases as the local SOC θ increases as shown in FIG. 11B. If the maps shown in FIGS. 11A and 11B are prepared in advance, the open circuit voltages U1 and U2 corresponding to the local SOC θ can be specified.

式(M1a)に含まれる交換電流密度i01、i02は、局所SOCθおよび電池温度Tbの依存性を有する。したがって、交換電流密度i01、i02、局所SOCθおよび電池温度Tbの関係を示すマップを予め用意しておけば、局所SOCθおよび電池温度Tbから、交換電流密度i01、i02を特定することができる。 Exchange current densities i 01 and i 02 included in formula (M1a) have a dependency on local SOC θ and battery temperature Tb. Therefore, if a map showing the relationship between the exchange current densities i 01 and i 02 , the local SOC θ and the battery temperature Tb is prepared in advance, the exchange current densities i 01 and i 02 are specified from the local SOC θ and the battery temperature Tb. Can do.

直流純抵抗Rdは、温度の依存性を有する。したがって、直流純抵抗Rdおよび電池温度Tbの関係を示すマップを予め用意しておけば、電池温度Tbから直流純抵抗Rdを特定することができる。なお、上述したマップについては、二次電池1に関する周知の交流インピーダンス測定等の実験結果に基づいて作成することができる。   The DC pure resistance Rd has temperature dependence. Therefore, if a map showing the relationship between DC pure resistance Rd and battery temperature Tb is prepared in advance, DC pure resistance Rd can be specified from battery temperature Tb. In addition, about the map mentioned above, it can create based on experimental results, such as the well-known alternating current impedance measurement regarding the secondary battery 1. FIG.

図6に示す電池モデルは、さらに簡略化することができる。具体的には、電極142,141の活物質として、共通の活物質モデルを用いることができる。図6に示す活物質モデル141b,142bを、1つの活物質モデルとして扱うことにより、下記式(26)に示すような式の置き換えができる。下記式(26)では、正極141および負極142の区別を示す添字jが省略される。   The battery model shown in FIG. 6 can be further simplified. Specifically, a common active material model can be used as the active material of the electrodes 142 and 141. By treating the active material models 141b and 142b shown in FIG. 6 as one active material model, the following equation (26) can be replaced. In the following formula (26), the suffix j indicating the distinction between the positive electrode 141 and the negative electrode 142 is omitted.

モデル式(M1a),(M2a)は、下記式(M1b),(M2b)で表すことができる。また、1つの活物質モデルを用いた電池モデルでは、電流密度I(t)および反応電流密度jj Liの関係式として、上記式(21)の代わりに、下記式(21’)が適用される。 The model formulas (M1a) and (M2a) can be expressed by the following formulas (M1b) and (M2b). In the battery model using one active material model, the following formula (21 ′) is applied instead of the above formula (21) as the relational expression of the current density I (t) and the reaction current density j j Li. The

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

上記式(M1c)では、線形近似の結果、右辺第2項も、電流密度I(t)および反応抵抗Rrの積で示される。反応抵抗Rrは、上記式(27)に示されるように、局所SOCθおよび電池温度Tbに依存する交換電流密度i01,i02から算出される。したがって、上記式(M1c)を用いるときには、局所SOCθ、電池温度Tbおよび交換電流密度i01,i02の関係を示すマップを予め用意しておけばよい。上記式(M1c)および上記式(27)によれば、上記式(28)が得られる。 In the above formula (M1c), as a result of the linear approximation, the second term on the right side is also represented by the product of the current density I (t) and the reaction resistance Rr. The reaction resistance Rr is calculated from the exchange current densities i 01 and i 02 depending on the local SOC θ and the battery temperature Tb, as shown in the above equation (27). Therefore, when the above formula (M1c) is used, a map showing the relationship between the local SOC θ, the battery temperature Tb, and the exchange current densities i 01 and i 02 may be prepared in advance. According to the above formula (M1c) and the above formula (27), the above formula (28) is obtained.

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

上記式(M1b)は、下記式(M1e)として表すことができる。   The above formula (M1b) can be expressed as the following formula (M1e).

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

次に、上述した電池モデル式を用いて二次電池の状態を推定する構成について説明する。図12は、コントローラ300の内部構成を示す概略図である。電池状態推定部310は、拡散推定部311と、開回路電圧推定部312と、電流推定部313と、パラメータ設定部314と、境界条件設定部315とを有する。図12に示す構成において、電池状態推定部310は、上記式(M1f)および上記式(M2b)を用いることにより、電流密度I(t)を算出する。   Next, a configuration for estimating the state of the secondary battery using the battery model formula described above will be described. FIG. 12 is a schematic diagram showing the internal configuration of the controller 300. The battery state estimation unit 310 includes a diffusion estimation unit 311, an open circuit voltage estimation unit 312, a current estimation unit 313, a parameter setting unit 314, and a boundary condition setting unit 315. In the configuration shown in FIG. 12, battery state estimation section 310 calculates current density I (t) by using formula (M1f) and formula (M2b).

本実施例では、上記式(M1f)を用いて電流密度I(t)を算出しているが、これに限るものではない。具体的には、上記式(M1a)〜上記式(M1e)のいずれかと、上記式(M2a)又は上記式(M2b)との任意の組み合わせに基づいて、電流密度I(t)を算出することができる。   In this embodiment, the current density I (t) is calculated using the above formula (M1f), but the present invention is not limited to this. Specifically, the current density I (t) is calculated based on any combination of the above formula (M1a) to the above formula (M1e) and the above formula (M2a) or the above formula (M2b). Can do.

拡散推定部311は、上記式(M2b)を用い、境界条件設定部315で設定された境界条件に基づいて、活物質内部でのリチウム濃度分布を算出する。境界条件は、上記式(5’)又は上記式(6’)に基づいて設定される。拡散推定部311は、上記式(7)を用い、算出したリチウム濃度分布に基づいて局所SOCθを算出する。拡散推定部311は、局所SOCθに関する情報を開回路電圧推定部312に出力する。   The diffusion estimation unit 311 calculates the lithium concentration distribution inside the active material based on the boundary condition set by the boundary condition setting unit 315 using the above formula (M2b). The boundary condition is set based on the above formula (5 ') or the above formula (6'). Diffusion estimation unit 311 calculates local SOC θ based on the calculated lithium concentration distribution using equation (7). Diffusion estimation unit 311 outputs information on local SOC θ to open circuit voltage estimation unit 312.

開回路電圧推定部312は、拡散推定部311が算出した局所SOCθに基づいて、各電極142,141の開回路電圧U1,U2を特定する。具体的には、開回路電圧推定部312は、図11Aおよび図11Bに示すマップを用いることにより、開回路電圧U1,U2を特定することができる。開回路電圧推定部312は、開回路電圧U1,U2に基づいて、二次電池1の開回路電圧を算出することができる。二次電池1の開回路電圧は、開回路電圧U1から開回路電圧U2を減算することによって得られる。   The open circuit voltage estimation unit 312 specifies the open circuit voltages U1 and U2 of the electrodes 142 and 141 based on the local SOC θ calculated by the diffusion estimation unit 311. Specifically, the open circuit voltage estimation unit 312 can identify the open circuit voltages U1 and U2 by using the maps shown in FIGS. 11A and 11B. The open circuit voltage estimation unit 312 can calculate the open circuit voltage of the secondary battery 1 based on the open circuit voltages U1 and U2. The open circuit voltage of the secondary battery 1 is obtained by subtracting the open circuit voltage U2 from the open circuit voltage U1.

パラメータ設定部314は、電池温度Tbおよび局所SOCθに応じて、電池モデル式で用いられるパラメータを設定する。電池温度Tbとしては、温度センサ203による検出温度Tbを用いる。局所SOCθは、拡散推定部311から取得される。パラメータ設定部314で設定されるパラメータとしては、上記式(M2b)中の拡散定数Ds、上記式(M1f)中の電流密度i0および直流抵抗Rdがある。 Parameter setting unit 314 sets parameters used in the battery model equation according to battery temperature Tb and local SOC θ. The temperature Tb detected by the temperature sensor 203 is used as the battery temperature Tb. The local SOC θ is acquired from the diffusion estimation unit 311. Parameters set by the parameter setting unit 314 include the diffusion constant D s in the above formula (M2b), the current density i 0 in the above formula (M1f), and the DC resistance Rd.

電流推定部313は、下記式(M3a)を用いて、電流密度I(t)を算出(推定)する。下記式(M3a)は、上記式(M1f)を変形した式である。下記式(M3a)において、開回路電圧U(θ,t)は、開回路電圧推定部312で推定された開回路電圧U(θ)である。電圧V(t)は、監視ユニット201を用いて取得した電池電圧Vbである。Rd(t)およびi(θ,T,t)は、パラメータ設定部314で設定された値である。 The current estimation unit 313 calculates (estimates) the current density I (t) using the following formula (M3a). The following formula (M3a) is a formula obtained by modifying the above formula (M1f). In the following formula (M3a), the open circuit voltage U (θ, t) is the open circuit voltage U (θ) estimated by the open circuit voltage estimation unit 312. The voltage V (t) is the battery voltage Vb acquired using the monitoring unit 201. Rd (t) and i 0 (θ, T, t) are values set by the parameter setting unit 314.

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

境界条件設定部315は、上記式(21)又は上記式(21’)を用いて、電流推定部313によって算出された電流密度I(t)から反応電流密度(リチウム生成量)jj Liを算出する。そして、境界条件設定部315は、上記式(6’)を用いて、上記式(M2b)における境界条件を更新する。 The boundary condition setting unit 315 calculates the reaction current density (lithium generation amount) j j Li from the current density I (t) calculated by the current estimation unit 313 using the above formula (21) or the above formula (21 ′). calculate. Then, the boundary condition setting unit 315 updates the boundary condition in the equation (M2b) using the equation (6 ′).

次に、電池状態推定部310の処理について、図13に示すフローチャートを用いて説明する。図13に示す処理は、所定の周期で実行される。   Next, the process of the battery state estimation part 310 is demonstrated using the flowchart shown in FIG. The process shown in FIG. 13 is executed at a predetermined cycle.

電池状態量推定部310は、ステップS101において、監視ユニット201の出力に基づいて、二次電池1の電圧(電池電圧)Vbを取得する。また、電池状態量推定部310は、ステップS102において、温度センサ203の出力に基づいて、二次電池1の温度(電池温度)Tbを取得する。   In step S101, the battery state quantity estimation unit 310 acquires the voltage (battery voltage) Vb of the secondary battery 1 based on the output of the monitoring unit 201. In addition, in step S102, the battery state quantity estimation unit 310 acquires the temperature (battery temperature) Tb of the secondary battery 1 based on the output of the temperature sensor 203.

ステップS103において、電池状態推定部310(拡散推定部311)は、上記式(M2b)を用いた前回の演算時におけるリチウム濃度分布に基づき、局所SOCθを算出する。ステップS104において、電池状態推定部310(開回路電圧推定部312)は、ステップS103で得られた局所SOCθから、開回路電圧U(θ)を算出する。   In step S103, battery state estimation unit 310 (diffusion estimation unit 311) calculates local SOC θ based on the lithium concentration distribution at the time of the previous calculation using equation (M2b). In step S104, battery state estimation unit 310 (open circuit voltage estimation unit 312) calculates open circuit voltage U (θ) from local SOC θ obtained in step S103.

ステップS105において、電池状態推定部310(電流推定部313)は、上記式(M1f)を用いて、電流密度Im(t)を算出(推定)する。推定電流密度Im(t)は、電池電圧Vbと、ステップS103で得られた開回路電圧U(θ)と、パラメータ設定部314で設定されたパラメータ値とを、上記式(M3a)に代入することによって得られる。   In step S105, the battery state estimation unit 310 (current estimation unit 313) calculates (estimates) the current density Im (t) using the above formula (M1f). For the estimated current density Im (t), the battery voltage Vb, the open circuit voltage U (θ) obtained in step S103, and the parameter value set by the parameter setting unit 314 are substituted into the above equation (M3a). Can be obtained.

ステップS106において、電池状態推定部310(境界条件設定部315)は、ステップS105で得られた推定電流密度I(t)から反応電流密度(リチウム生成量)jj Liを算出する。また、電池状態推定部310(境界条件設定部315)は、算出した反応電流密度を用いて、上記式(M2b)の活物質界面における境界条件(活物質界面)を設定する。 In step S106, the battery state estimation unit 310 (boundary condition setting unit 315) calculates a reaction current density (lithium generation amount) j j Li from the estimated current density I (t) obtained in step S105. Moreover, the battery state estimation part 310 (boundary condition setting part 315) sets the boundary condition (active material interface) in the active material interface of said Formula (M2b) using the calculated reaction current density.

ステップS107において、電池状態推定部310(拡散推定部311)は、上記式(M2b)を用いて、活物質モデルの内部におけるリチウム濃度分布を算出し、各領域におけるリチウム濃度の推定値を更新する。ここで、最外周の分割領域におけるリチウム濃度(更新値)は、図13に示す処理を次回行うときに、ステップS103における局所SOCθの算出に用いられる。   In step S107, the battery state estimation unit 310 (diffusion estimation unit 311) calculates the lithium concentration distribution inside the active material model using the above formula (M2b), and updates the estimated value of the lithium concentration in each region. . Here, the lithium concentration (updated value) in the outermost peripheral divided region is used to calculate the local SOC θ in step S103 when the process shown in FIG. 13 is performed next time.

図13に示す処理によれば、電池電圧Vbを入力として、電池電流(電池電流密度I(t))を推定し、これに基づいて二次電池1の内部状態を推定することができる。   According to the process shown in FIG. 13, the battery current (battery current density I (t)) can be estimated using the battery voltage Vb as an input, and the internal state of the secondary battery 1 can be estimated based on this.

本実施例では、活物質モデル141b,142bの内部におけるリチウム濃度分布を算出するときに、二次電池1の温度TbおよびSOCに応じて、活物質モデル141b,142bを径方向に分割する数(分割数)Nを変更している。具体的には、図9および図10に示す関係を考慮して、拡散係数Dsが低下するときには、分割数Nを増加させている。   In this embodiment, when the lithium concentration distribution in the active material models 141b and 142b is calculated, the number of active material models 141b and 142b divided in the radial direction according to the temperature Tb and SOC of the secondary battery 1 ( The number of divisions N is changed. Specifically, in consideration of the relationship shown in FIGS. 9 and 10, when the diffusion coefficient Ds decreases, the division number N is increased.

図14は、二次電池1の温度TbおよびSOCに応じた分割数Nの設定内容を示している。図14において、横軸は電池温度Tbを示し、縦軸は、二次電池1のSOCを示す。電池温度Tbは、温度センサ203を用いて取得することができる。また、二次電池1のSOCとしては、リチウム濃度分布の推定処理を行う前(例えば、直前)に推定したSOCを用いることができる。   FIG. 14 shows the setting contents of the division number N according to the temperature Tb and the SOC of the secondary battery 1. In FIG. 14, the horizontal axis indicates the battery temperature Tb, and the vertical axis indicates the SOC of the secondary battery 1. The battery temperature Tb can be acquired using the temperature sensor 203. Further, as the SOC of the secondary battery 1, the SOC estimated before (for example, immediately before) the lithium concentration distribution estimation process can be used.

図14に示す第1閾値Tb_th1は、図9に示す関係に基づいて設定している。電池温度Tbが第1閾値Tb_th1よりも高いときには、図9に示すように、拡散係数Dsが上昇しやすくなる。この場合には、分割数Nとして、基準値Nrefを設定している。一方、電池温度Tbが第1閾値Tb_th1よりも低いときには、図9に示すように、拡散係数Dsが低下しやすくなる。この場合には、分割数Nとして、基準値Nrefよりも大きい値Nincを設定している。第1閾値Tb_th1は、電池温度Tbに応じた拡散係数Dsの挙動に基づいて、適宜設定することができる。   The first threshold value Tb_th1 shown in FIG. 14 is set based on the relationship shown in FIG. When the battery temperature Tb is higher than the first threshold Tb_th1, the diffusion coefficient Ds is likely to increase as shown in FIG. In this case, the reference value Nref is set as the division number N. On the other hand, when the battery temperature Tb is lower than the first threshold value Tb_th1, the diffusion coefficient Ds tends to decrease as shown in FIG. In this case, a value Ninc larger than the reference value Nref is set as the division number N. The first threshold value Tb_th1 can be appropriately set based on the behavior of the diffusion coefficient Ds according to the battery temperature Tb.

また、電池温度Tbが第1閾値Tb_th1よりも高くても、二次電池1のSOCが第1閾値SOC_th1および第2閾値SOC_th2の間にあるときには、電池温度Tbが第2閾値Tb_th2に到達するまでは、分割数Nとして、分割数Nincを設定している。ここで、第2閾値SOC_th2は、第1閾値SOC_th1よりも高い値である。図10に示すように、二次電池1のSOCが第1閾値SOC_th1および第2閾値SOC_th2の間にあるときには、拡散係数Dsが低下しやすくなる。   Further, even when the battery temperature Tb is higher than the first threshold value Tb_th1, when the SOC of the secondary battery 1 is between the first threshold value SOC_th1 and the second threshold value SOC_th2, the battery temperature Tb reaches the second threshold value Tb_th2. Sets the division number Ninc as the division number N. Here, the second threshold value SOC_th2 is higher than the first threshold value SOC_th1. As shown in FIG. 10, when the SOC of the secondary battery 1 is between the first threshold value SOC_th1 and the second threshold value SOC_th2, the diffusion coefficient Ds tends to decrease.

これに伴い、電池温度Tbが第1閾値Tb_th1よりも高くても、分割数Nとして、基準値Nrefよりも大きい値Nincを設定している。ただし、電池温度Tbが第2閾値Tb_th2よりも高くなると、拡散係数Dsが上昇しやすくなるため、電池温度Tbが第2閾値Tb_th2に到達するまでは、分割数Nとして、分割数Nincを設定している。また、電池温度Tbが第2閾値Tb_th2よりも高いときには、分割数Nとして、基準値Nrefを設定している。   Accordingly, even if the battery temperature Tb is higher than the first threshold value Tb_th1, the division number N is set to a value Ninc that is larger than the reference value Nref. However, when the battery temperature Tb becomes higher than the second threshold value Tb_th2, the diffusion coefficient Ds tends to increase. Therefore, until the battery temperature Tb reaches the second threshold value Tb_th2, the division number Ninc is set as the division number N. ing. Further, when the battery temperature Tb is higher than the second threshold value Tb_th2, the reference value Nref is set as the division number N.

分割数Nrefは、拡散モデル式(M2a),(M2b)の安定条件に基づいて適宜設定することができる。図9を用いて説明したように、拡散係数Dsは、電池温度Tbに依存しており、電池温度Tbが高くなるほど、拡散係数Dsが大きくなる。また、図10を用いて説明したように、拡散係数Dsは、二次電池1のSOCに依存しており、二次電池1のSOCが0%又は100%に近づくほど、拡散係数Dsが大きくなる。   The division number Nref can be set as appropriate based on the stability conditions of the diffusion model equations (M2a) and (M2b). As described with reference to FIG. 9, the diffusion coefficient Ds depends on the battery temperature Tb, and the diffusion coefficient Ds increases as the battery temperature Tb increases. As described with reference to FIG. 10, the diffusion coefficient Ds depends on the SOC of the secondary battery 1, and the diffusion coefficient Ds increases as the SOC of the secondary battery 1 approaches 0% or 100%. Become.

拡散係数Dsが上昇したとき、分割数Nの値によっては、拡散モデル式(M2a),(M2b)の解が不安定となってしまい、リチウム濃度分布を特定しにくくなってしまう。すなわち、拡散係数Dsが上昇した状態において、分割数Nの値を増加させてしまうと、拡散モデル式(M2a),(M2b)の解が不安定となってしまい、リチウム濃度分布を特定しにくくなってしまう。そこで、拡散モデル式(M2a),(M2b)の安定性を考慮して、分割数Nrefを設定している。   When the diffusion coefficient Ds increases, depending on the value of the division number N, the solution of the diffusion model equations (M2a) and (M2b) becomes unstable, and it becomes difficult to specify the lithium concentration distribution. That is, if the value of the division number N is increased in a state where the diffusion coefficient Ds is increased, the solution of the diffusion model equations (M2a) and (M2b) becomes unstable, and it is difficult to specify the lithium concentration distribution. turn into. Therefore, the division number Nref is set in consideration of the stability of the diffusion model equations (M2a) and (M2b).

分割数Nincは、分割数Nrefよりも大きければよく、分割数Nincの具体的な値は、適宜設定することができる。ここで、分割数Nincを大きくしすぎると、リチウム濃度分布を算出するときの演算負荷が高くなってしまうため、この点を考慮して、分割数Nincを設定することができる。   The division number Ninc only needs to be larger than the division number Nref, and a specific value of the division number Ninc can be set as appropriate. Here, if the division number Ninc is too large, the calculation load when calculating the lithium concentration distribution becomes high. Therefore, the division number Ninc can be set in consideration of this point.

図9に示すように、電池温度Tbが低下するほど、拡散係数Dsが小さくなる。また、図10に示すように、二次電池1のSOCが0%又は100%から離れるほど、拡散係数Dsが小さくなる。このように、拡散係数Dsが低下した状態では、分割数Nを増加させても、拡散モデル式(M2a),(M2b)の安定性を確保することができる。そこで、本実施例では、拡散係数Dsを考慮して、分割数Nを増加させるようにしている。   As shown in FIG. 9, the diffusion coefficient Ds decreases as the battery temperature Tb decreases. As shown in FIG. 10, the diffusion coefficient Ds decreases as the SOC of the secondary battery 1 increases from 0% or 100%. In this way, in the state where the diffusion coefficient Ds is lowered, the stability of the diffusion model equations (M2a) and (M2b) can be ensured even if the number of divisions N is increased. Therefore, in this embodiment, the division number N is increased in consideration of the diffusion coefficient Ds.

分割数Nを増加させると、活物質モデル141b,142bの内部におけるリチウム濃度分布を把握しやすくなる。すなわち、分割数Nを増加させれば、活物質モデル141b,142bの内部を細分化させることができ、細分化された各領域において、拡散モデル式(M2a),(M2b)を用いてリチウム濃度を推定することができる。これにより、活物質モデル141b,142bの内部におけるリチウム濃度分布を精度良く把握することができる。   When the division number N is increased, it becomes easier to grasp the lithium concentration distribution in the active material models 141b and 142b. That is, if the division number N is increased, the inside of the active material models 141b and 142b can be subdivided. In each subdivided region, the lithium concentration is determined using the diffusion model equations (M2a) and (M2b). Can be estimated. Thereby, it is possible to accurately grasp the lithium concentration distribution inside the active material models 141b and 142b.

活物質モデル141b,142bの内部におけるリチウム濃度分布を精度良く把握できれば、活物質モデル141b,142bの表面(界面)におけるリチウム濃度を精度良く算出することができる。二次電池1の内部抵抗には、反応抵抗および拡散抵抗が含まれる。反応抵抗は、活物質モデル141b,142bの界面において、リチウムイオンおよび電子を吸収する化学反応や、リチウムイオンおよび電子を放出する化学反応が行われるときの抵抗である。拡散抵抗は、活物質モデル141b,142bの内部において、リチウムが拡散するときの抵抗である。   If the lithium concentration distribution inside the active material models 141b and 142b can be grasped with high accuracy, the lithium concentration at the surface (interface) of the active material models 141b and 142b can be calculated with high accuracy. The internal resistance of the secondary battery 1 includes a reaction resistance and a diffusion resistance. The reaction resistance is resistance when a chemical reaction that absorbs lithium ions and electrons or a chemical reaction that releases lithium ions and electrons is performed at the interface between the active material models 141b and 142b. The diffusion resistance is a resistance when lithium diffuses in the active material models 141b and 142b.

反応抵抗は、活物質モデル141b,142bの界面におけるリチウム濃度に依存する。このため、反応抵抗およびリチウム濃度(界面)の対応関係を示すマップを実験などによって予め求めておけば、リチウム濃度(界面)に応じた反応抵抗を特定することができる。上述したように、活物質モデル141b,142bの界面におけるリチウム濃度を精度良く推定できれば、反応抵抗も精度良く推定することができる。   The reaction resistance depends on the lithium concentration at the interface between the active material models 141b and 142b. For this reason, if a map showing the correspondence between the reaction resistance and the lithium concentration (interface) is obtained in advance by experiments or the like, the reaction resistance according to the lithium concentration (interface) can be specified. As described above, if the lithium concentration at the interface between the active material models 141b and 142b can be accurately estimated, the reaction resistance can also be accurately estimated.

一方、拡散抵抗は、リチウム濃度(界面)と、活物質モデル141b,142bの内部におけるリチウム平均濃度との差(リチウム濃度差)に依存する。このため、拡散抵抗およびリチウム濃度差の対応関係を示すマップを実験などによって予め求めておけば、リチウム濃度差に応じた拡散抵抗を特定することができる。上述したように、活物質モデル141b,142bの界面におけるリチウム濃度を精度良く推定できれば、拡散抵抗も精度良く推定することができる。   On the other hand, the diffusion resistance depends on the difference (lithium concentration difference) between the lithium concentration (interface) and the average lithium concentration in the active material models 141b and 142b. For this reason, if a map showing the correspondence between the diffusion resistance and the lithium concentration difference is obtained in advance by experiments or the like, the diffusion resistance corresponding to the lithium concentration difference can be specified. As described above, if the lithium concentration at the interface between the active material models 141b and 142b can be estimated with high accuracy, the diffusion resistance can also be estimated with high accuracy.

ここで、下記式(29)を用いることにより、リチウム濃度分布に基づいて、リチウム平均濃度csaveを算出することができる。 Here, the average lithium concentration c save can be calculated based on the lithium concentration distribution by using the following formula (29).

上記式(29)に示すリチウム濃度cs1,k(t)(k=1〜N)は、図7に示したように、活物質モデル141b,142bを径方向にN分割した各領域のリチウム濃度であり、拡散モデル式(M2a),(M2b)により推定される。また、ΔVkは、各分割領域の体積を示し、Vは活物質全体の体積を示す。また、正極および負極における活物質モデルを共通化した場合には、共通化された活物質モデル内の各領域のリチウム濃度cs,k(t)(k=1〜N)の平均値を、上記式(29)と同様に求めることによって、リチウム平均濃度csave(t)を求めることができる。 As shown in FIG. 7, the lithium concentration c s1, k (t) (k = 1 to N) shown in the above formula (29) is the lithium concentration in each region obtained by dividing the active material models 141b and 142b into N parts in the radial direction. The concentration is estimated by the diffusion model equations (M2a) and (M2b). ΔVk indicates the volume of each divided region, and V indicates the volume of the entire active material. Moreover, when the active material model in the positive electrode and the negative electrode is made common, the average value of the lithium concentration c s, k (t) (k = 1 to N) in each region in the common active material model is By obtaining in the same manner as the above equation (29), the average lithium concentration c save (t) can be obtained.

上述したように、反応抵抗および拡散抵抗を推定すれば、二次電池1の内部抵抗を算出することができる。分割数Nを増加させれば、反応抵抗および拡散抵抗を精度良く推定することができるため、二次電池1の内部抵抗も精度良く推定することができる。二次電池1の温度が低下するほど、二次電池1の内部抵抗が上昇することが知られている。このため、二次電池1の温度が低下するほど、二次電池1の内部抵抗を精度良く推定する必要がある。   As described above, if the reaction resistance and the diffusion resistance are estimated, the internal resistance of the secondary battery 1 can be calculated. If the division number N is increased, the reaction resistance and the diffusion resistance can be estimated with high accuracy, so that the internal resistance of the secondary battery 1 can also be estimated with high accuracy. It is known that the internal resistance of the secondary battery 1 increases as the temperature of the secondary battery 1 decreases. For this reason, it is necessary to accurately estimate the internal resistance of the secondary battery 1 as the temperature of the secondary battery 1 decreases.

二次電池1の内部抵抗やSOCを推定する処理について、図15に示すフローチャートを用いて説明する。図15に示す処理は、コントローラ300によって実行され、所定の周期で行われる。   Processing for estimating the internal resistance and SOC of the secondary battery 1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The process shown in FIG. 15 is executed by the controller 300 and is performed at a predetermined cycle.

ステップS201において、コントローラ300は、温度センサ203の出力に基づいて、二次電池1の温度Tbを取得(測定)する。ステップS202において、コントローラ300は、前回推定した二次電池1のSOCが、第1閾値SOC_th1および第2閾値SOC_th2の範囲内に含まれているか否かを判別する。ここで、二次電池1のSOCが、第1閾値SOC_th1および第2閾値SOC_th2の範囲内に含まれているとき、コントローラ300は、ステップS203の処理を行う。   In step S201, the controller 300 acquires (measures) the temperature Tb of the secondary battery 1 based on the output of the temperature sensor 203. In step S202, the controller 300 determines whether or not the previously estimated SOC of the secondary battery 1 is included in the range of the first threshold SOC_th1 and the second threshold SOC_th2. Here, when the SOC of the secondary battery 1 is included in the range of the first threshold value SOC_th1 and the second threshold value SOC_th2, the controller 300 performs the process of step S203.

一方、二次電池1のSOCが、第1閾値SOC_th1および第2閾値SOC_th2の範囲外であるとき、コントローラ300は、ステップS206の処理を行う。具体的には、二次電池1のSOCが第1閾値SOC_th1よりも低い場合又は、二次電池1のSOCが第2閾値SOC_th2よりも高い場合には、コントローラ300は、ステップS206の処理を行う。   On the other hand, when the SOC of the secondary battery 1 is outside the range of the first threshold value SOC_th1 and the second threshold value SOC_th2, the controller 300 performs the process of step S206. Specifically, when the SOC of the secondary battery 1 is lower than the first threshold SOC_th1, or when the SOC of the secondary battery 1 is higher than the second threshold SOC_th2, the controller 300 performs the process of step S206. .

ステップS203において、コントローラ300は、ステップS201の処理で取得した電池温度Tbが第2閾値Tb_th2よりも低いか否かを判別する。ここで、電池温度Tbが第2閾値Tb_th2よりも低いとき、コントローラ300は、ステップS204の処理を行い、電池温度Tbが第2閾値Tb_th2よりも高いとき、コントローラ300は、ステップS205の処理を行う。   In step S203, the controller 300 determines whether or not the battery temperature Tb acquired in the process of step S201 is lower than the second threshold Tb_th2. Here, when the battery temperature Tb is lower than the second threshold value Tb_th2, the controller 300 performs the process of step S204, and when the battery temperature Tb is higher than the second threshold value Tb_th2, the controller 300 performs the process of step S205. .

ステップS204において、コントローラ300は、リチウム濃度分布を算出するときの分割数Nとして、分割数Nincを設定する。ステップS205において、コントローラ300は、リチウム濃度分布を算出するときの分割数Nとして、分割数Nrefを設定する。   In step S204, the controller 300 sets the division number Ninc as the division number N when calculating the lithium concentration distribution. In step S205, the controller 300 sets the division number Nref as the division number N when calculating the lithium concentration distribution.

ステップS202の処理からステップS206の処理に進んだとき、コントローラ300は、ステップS201の処理で取得した電池温度Tbが第1閾値Tb_th1よりも低いか否かを判別する。ここで、電池温度Tbが第1閾値Tb_th1よりも低いとき、コントローラ300は、ステップS207の処理を行い、電池温度Tbが第1閾値Tb_th1よりも高いとき、コントローラ300は、ステップS208の処理を行う。   When the process proceeds from step S202 to step S206, the controller 300 determines whether or not the battery temperature Tb acquired in step S201 is lower than the first threshold Tb_th1. Here, when the battery temperature Tb is lower than the first threshold value Tb_th1, the controller 300 performs the process of step S207. When the battery temperature Tb is higher than the first threshold value Tb_th1, the controller 300 performs the process of step S208. .

ステップS207において、コントローラ300は、リチウム濃度分布を算出するときの分割数Nとして、分割数Nincを設定する。ステップS208において、コントローラ300は、リチウム濃度分布を算出するときの分割数Nとして、分割数Nrefを設定する。   In step S207, the controller 300 sets the division number Ninc as the division number N when calculating the lithium concentration distribution. In step S208, the controller 300 sets the division number Nref as the division number N when calculating the lithium concentration distribution.

ステップS209において、コントローラ300は、ステップS204,S205,S207,S208のいずれかで設定された分割数N(Nref又はNinc)の下で、拡散モデル式(M2a),(M2b)を用いて、活物質モデル141b,142bの内部におけるリチウム濃度分布を算出したり、活物質モデル141b,142bの界面におけるリチウム濃度を算出したりする。   In step S209, the controller 300 uses the diffusion model equations (M2a) and (M2b) under the division number N (Nref or Ninc) set in any of steps S204, S205, S207, and S208. The lithium concentration distribution inside the material models 141b and 142b is calculated, or the lithium concentration at the interface between the active material models 141b and 142b is calculated.

ステップS210において、コントローラ300は、ステップS209の算出結果に基づいて、二次電池1の内部抵抗を推定する。二次電池1の内部抵抗を推定する方法は、上述したとおりである。ステップS211において、コントローラ300は、二次電池1の内部抵抗に基づいて、二次電池1のSOCを推定する。SOCの推定方法は、上述したとおりである。   In step S210, the controller 300 estimates the internal resistance of the secondary battery 1 based on the calculation result of step S209. The method for estimating the internal resistance of the secondary battery 1 is as described above. In step S <b> 211, the controller 300 estimates the SOC of the secondary battery 1 based on the internal resistance of the secondary battery 1. The SOC estimation method is as described above.

図15に示す処理によれば、図16に示すように、二次電池1のSOCおよび電池温度Tbに応じて、リチウム濃度分布を算出するときの分割数Nが、分割数Nrefおよび分割数Nincの間で切り替わる。このように分割数Nを切り替えることにより、拡散モデル式(M2a),(M2b)の安定性を確保しつつ、分割数Nを増加させることに伴うリチウム濃度分布の推定精度を向上させることができる。   According to the process shown in FIG. 15, as shown in FIG. 16, the division number N when calculating the lithium concentration distribution according to the SOC of the secondary battery 1 and the battery temperature Tb is the division number Nref and the division number Ninc. Switch between. By switching the division number N in this way, it is possible to improve the estimation accuracy of the lithium concentration distribution associated with increasing the division number N while ensuring the stability of the diffusion model equations (M2a) and (M2b). .

分割数Nを分割数Nrefに設定したときのリチウム濃度分布と、分割数Nを分割数Nincに設定したときのリチウム濃度分布は、拡散モデル式(M2a),(M2b)を用いてそれぞれ算出することができる。一方、分割数Nincに設定したときのリチウム濃度分布は、分割数Nrefに設定したときのリチウム濃度分布に基づいて算出することもできる。   The lithium concentration distribution when the division number N is set to the division number Nref and the lithium concentration distribution when the division number N is set to the division number Ninc are calculated using diffusion model equations (M2a) and (M2b), respectively. be able to. On the other hand, the lithium concentration distribution when the division number Ninc is set can also be calculated based on the lithium concentration distribution when the division number Nref is set.

例えば、図17には、活物質モデル141b,142bを3つの領域D0〜D2に分割した場合において、各領域D0〜D2におけるリチウム濃度C3[0]〜C3[2]を示している。図17に示す例では、分割数Nrefとして、「3」を設定している。領域D0は、活物質モデル141b,142bの中心を含んでいる。領域D1は、領域D0と隣接しており、領域D0よりも活物質モデル141b,142bの界面側に位置している。また、領域D2は、領域D1と隣接しており、活物質モデル141b,142bの界面を含んでいる。   For example, FIG. 17 shows lithium concentrations C3 [0] to C3 [2] in the regions D0 to D2 when the active material models 141b and 142b are divided into three regions D0 to D2. In the example illustrated in FIG. 17, “3” is set as the division number Nref. The region D0 includes the centers of the active material models 141b and 142b. The region D1 is adjacent to the region D0 and is located closer to the interface side of the active material models 141b and 142b than the region D0. The region D2 is adjacent to the region D1 and includes the interface between the active material models 141b and 142b.

図17では、各領域D0〜D2の体積が互いに等しくなるように、活物質モデル141b,142bを3つの領域D0〜D2に分割している。各領域D0〜D2の体積が等しいため、活物質モデル141b,142bの半径方向における各領域D0〜D2の幅は、互いに異なっている。各領域D0〜D2のリチウム濃度C3[0]〜C3[2]は、拡散モデル式(M2a),(M2b)に基づいて算出することができる。   In FIG. 17, the active material models 141b and 142b are divided into three regions D0 to D2 so that the volumes of the regions D0 to D2 are equal to each other. Since the volumes of the regions D0 to D2 are equal, the widths of the regions D0 to D2 in the radial direction of the active material models 141b and 142b are different from each other. The lithium concentrations C3 [0] to C3 [2] of the regions D0 to D2 can be calculated based on the diffusion model equations (M2a) and (M2b).

図17に示す状態から分割数Nを増加させるときには、例えば、図18に示すように、活物質モデル141b,142bを分割することができる。図18では、活物質モデル141b,142bを5つの領域D0〜D4に分割している。図18に示す例では、分割数Nincとして、「5」を設定している。   When the division number N is increased from the state shown in FIG. 17, for example, the active material models 141b and 142b can be divided as shown in FIG. In FIG. 18, the active material models 141b and 142b are divided into five regions D0 to D4. In the example illustrated in FIG. 18, “5” is set as the division number Ninc.

領域D0は、活物質モデル141b,142bの中心を含んでいる。領域D1は、領域D0と隣接しており、領域D0よりも活物質モデル141b,142bの界面側に位置している。領域D2は、領域D1と隣接しており、領域D1よりも活物質モデル141b,142bの界面側に位置している。領域D3は、領域D2と隣接しており、領域D2よりも活物質モデル141b,142bの界面側に位置している。領域D4は、領域D3と隣接しており、活物質モデル141b,142bの界面を含んでいる。   The region D0 includes the centers of the active material models 141b and 142b. The region D1 is adjacent to the region D0 and is located closer to the interface side of the active material models 141b and 142b than the region D0. The region D2 is adjacent to the region D1, and is located closer to the interface side of the active material models 141b and 142b than the region D1. The region D3 is adjacent to the region D2, and is located closer to the interface side of the active material models 141b and 142b than the region D2. The region D4 is adjacent to the region D3 and includes an interface between the active material models 141b and 142b.

各領域D0〜D4の体積は互いに等しくなっている。各領域D0〜D4の体積が等しいため、活物質モデル141b,142bの半径方向における各領域D0〜D4の幅は、互いに異なっている。各領域D0〜D4のリチウム濃度C5[0]〜C5[4]を算出するときには、図17に示すリチウム濃度C3[0]〜C3[2]を用いることができる。   The volumes of the regions D0 to D4 are equal to each other. Since the volumes of the regions D0 to D4 are equal, the widths of the regions D0 to D4 in the radial direction of the active material models 141b and 142b are different from each other. When calculating the lithium concentrations C5 [0] to C5 [4] of the regions D0 to D4, the lithium concentrations C3 [0] to C3 [2] shown in FIG. 17 can be used.

具体的には、下記式(30)に基づいて、各領域D0〜D4のリチウム濃度C5[0]〜C5[4]を算出することができる。   Specifically, the lithium concentrations C5 [0] to C5 [4] of the regions D0 to D4 can be calculated based on the following formula (30).

上記式(30)によれば、リチウム濃度C3[0]〜C3[2]をリチウム濃度C5[0]〜C5[4]に変換することができる。一方、上記式(30)を変形すれば、リチウム濃度C5[0]〜C5[4]をリチウム濃度C3[0]〜C3[2]に変換することもできる。これにより、拡散モデル式(M2a),(M2b)に基づいて、まず、リチウム濃度C5[0]〜C5[4]を算出したときには、リチウム濃度C5[0]〜C5[4]からリチウム濃度C3[0]〜C3[2]に変換することができる。   According to the above formula (30), the lithium concentrations C3 [0] to C3 [2] can be converted into the lithium concentrations C5 [0] to C5 [4]. On the other hand, if the above formula (30) is modified, the lithium concentrations C5 [0] to C5 [4] can be converted into the lithium concentrations C3 [0] to C3 [2]. Thus, when the lithium concentrations C5 [0] to C5 [4] are first calculated based on the diffusion model equations (M2a) and (M2b), the lithium concentration C3 is calculated from the lithium concentrations C5 [0] to C5 [4]. [0] to C3 [2].

図17および図18に示す例によれば、分割数Nを「3(Nref)」および「5(Ninc)」の間で切り替えているが、これに限るものではない。すなわち、上述したように、分割数Nref,Nincは、適宜設定することができ、分割数Nincが分割数Nrefよりも大きければよい。分割数Nref,Nincを適宜設定したとしても、上記式(30)と同様の変換式を用いることにより、分割数Nrefを設定したときの各領域のリチウム濃度と、分割数Nincを設定したときの各領域のリチウム濃度とを互いに変換することができる。   According to the example shown in FIGS. 17 and 18, the division number N is switched between “3 (Nref)” and “5 (Ninc)”, but is not limited thereto. That is, as described above, the division numbers Nref and Ninc can be set as appropriate, and the division number Ninc only needs to be larger than the division number Nref. Even if the division numbers Nref and Ninc are appropriately set, by using a conversion formula similar to the above equation (30), the lithium concentration in each region when the division number Nref is set and the division number Ninc are set. The lithium concentration in each region can be converted into each other.

上記式(30)を用いれば、リチウム濃度C3[0]〜C3[2]およびリチウム濃度C5[0]〜C5[4]の間の変換処理を容易に行うことができる。すなわち、分割数Nを3に設定したときと、分割数Nを5に設定したときのそれぞれにおいて、拡散モデル式(M2a),(M2b)を用いて、リチウム濃度を算出する場合に比べて、リチウム濃度を算出するときの演算負荷を低減することができる。   If the said Formula (30) is used, the conversion process between lithium concentration C3 [0] -C3 [2] and lithium concentration C5 [0] -C5 [4] can be performed easily. That is, when the division number N is set to 3 and when the division number N is set to 5, compared to the case where the lithium concentration is calculated using the diffusion model equations (M2a) and (M2b), The calculation load when calculating the lithium concentration can be reduced.

本実施例では、上述したように、二次電池1の温度が低下したとき、具体的には、電池温度Tbが第1閾値Tb_th1よりも低いとき、分割数Nを増加させることにより、二次電池1の内部抵抗を精度良く推定することができる。二次電池1の内部抵抗を算出することができれば、二次電池1のSOCを推定することができる。具体的には、SOCおよびOCVは、対応関係にあるため、この対応関係を実験などによって予め求めておけば、二次電池1のOCVを特定することにより、このOCVに対応したSOCを特定することができる。   In the present embodiment, as described above, when the temperature of the secondary battery 1 decreases, specifically, when the battery temperature Tb is lower than the first threshold Tb_th1, the secondary number 1 is increased by increasing the division number N. The internal resistance of the battery 1 can be estimated with high accuracy. If the internal resistance of the secondary battery 1 can be calculated, the SOC of the secondary battery 1 can be estimated. Specifically, since SOC and OCV are in a correspondence relationship, if this correspondence relationship is obtained in advance by experiments or the like, the SOC corresponding to this OCV is identified by identifying the OCV of secondary battery 1. be able to.

二次電池1のOCVは、下記式(31)に基づいて算出することができる。   The OCV of the secondary battery 1 can be calculated based on the following formula (31).

CCV(Closed Circuit Voltage)は、二次電池1の通電時において、監視ユニット201によって検出された二次電池1の電圧値である。Iは、二次電池1に流れる電流値であり、電流値Iは、電流センサ202によって検出することができる。Rは、二次電池1の内部抵抗である。   CCV (Closed Circuit Voltage) is a voltage value of the secondary battery 1 detected by the monitoring unit 201 when the secondary battery 1 is energized. I is a current value flowing through the secondary battery 1, and the current value I can be detected by the current sensor 202. R is the internal resistance of the secondary battery 1.

二次電池1の内部抵抗Rは、上述したように、反応抵抗および拡散抵抗から算出することができる。このため、電圧値CCVおよび電流値Iを検出すれば、二次電池1のOCVを算出することができる。二次電池1のOCVを算出すれば、SOCおよびOCVの対応関係を用いて、OCVに対応したSOCを特定することができる。上述したように、二次電池1の内部抵抗Rを精度良く推定することができれば、二次電池1のOCVやSOCを精度良く推定することができる。   As described above, the internal resistance R of the secondary battery 1 can be calculated from the reaction resistance and the diffusion resistance. For this reason, if the voltage value CCV and the current value I are detected, the OCV of the secondary battery 1 can be calculated. If the OCV of the secondary battery 1 is calculated, the SOC corresponding to the OCV can be specified using the correspondence relationship between the SOC and the OCV. As described above, if the internal resistance R of the secondary battery 1 can be accurately estimated, the OCV and SOC of the secondary battery 1 can be accurately estimated.

二次電池1のSOCを推定できれば、上述したように、複数の二次電池1におけるSOCのバラツキに基づいて、均等化処理を行うことができる。上述したように、二次電池1が低温状態にあるときのSOCの推定精度を向上させれば、均等化処理を精度良く行うことができる。   If the SOC of the secondary battery 1 can be estimated, the equalization process can be performed based on the variation in the SOC of the plurality of secondary batteries 1 as described above. As described above, if the estimation accuracy of the SOC when the secondary battery 1 is in the low temperature state is improved, the equalization process can be performed with high accuracy.

また、二次電池1のSOCを推定すれば、下記式(32)に基づいて、二次電池1の満充電容量FCCを算出することができる。   Moreover, if the SOC of the secondary battery 1 is estimated, the full charge capacity FCC of the secondary battery 1 can be calculated based on the following formula (32).

上記式(32)において、ΣIは、二次電池1の充電又は放電を行っている間の電流積算値であり、充電又は放電を行っている間、電流センサ202によって検出された電流値を積算することによって得られる。SOC_sは、充電又は放電を開始したときの二次電池1のSOCであり、SOC_eは、充電又は放電を終了したときの二次電池1のSOCである。上述したように、二次電池1が低温状態にあるときのSOCの推定精度を向上させれば、満充電容量FCCの推定精度を向上させることができる。   In the above equation (32), ΣI is an integrated current value during charging or discharging of the secondary battery 1, and integrating the current value detected by the current sensor 202 during charging or discharging. It is obtained by doing. SOC_s is the SOC of the secondary battery 1 when charging or discharging starts, and SOC_e is the SOC of the secondary battery 1 when charging or discharging ends. As described above, if the estimation accuracy of the SOC when the secondary battery 1 is in a low temperature state is improved, the estimation accuracy of the full charge capacity FCC can be improved.

なお、本実施例によれば、二次電池1のSOCおよび電池温度Tbに基づいて、分割数Nを分割数Nref,Nincの間で切り替えているが、これに限るものではない。具体的には、二次電池1のSOCおよび電池温度Tbの一方だけに基づいて、分割数Nを分割数Nref,Nincの間で切り替えることもできる。   According to the present embodiment, the division number N is switched between the division numbers Nref and Ninc based on the SOC of the secondary battery 1 and the battery temperature Tb, but is not limited thereto. Specifically, the division number N can be switched between the division numbers Nref and Ninc based only on one of the SOC of the secondary battery 1 and the battery temperature Tb.

図14を用いて説明したように、電池温度Tbが第1閾値Tb_th1よりも低いときには、二次電池1のSOCに関わらず、分割数Nが分割数Nincに設定される。このため、例えば、電池温度Tbだけに基づいて、分割数Nを設定することができる。同様に、電池温度Tbが第2閾値Tb_th2よりも高いときには、二次電池1のSOCに関わらず、分割数Nが分割数Nincに設定される。このため、例えば、電池温度Tbだけに基づいて、分割数Nを設定することができる。   As described with reference to FIG. 14, when the battery temperature Tb is lower than the first threshold value Tb_th1, the division number N is set to the division number Ninc regardless of the SOC of the secondary battery 1. For this reason, for example, the division number N can be set based only on the battery temperature Tb. Similarly, when the battery temperature Tb is higher than the second threshold value Tb_th2, the division number N is set to the division number Ninc regardless of the SOC of the secondary battery 1. For this reason, for example, the division number N can be set based only on the battery temperature Tb.

また、本実施例では、二次電池1のSOCおよび電池温度Tbに基づいて、分割数Nを、2つの分割数Nref,Nincの間で切り替えているが、これに限るものではない。具体的には、分割数Nを、3つ以上の分割数の間で切り替えることができる。ここで、3つ以上の分割数の間で切り替えるときには、電池温度Tbが低下するほど、分割数Nを増やすことができる。   In the present embodiment, the division number N is switched between the two division numbers Nref and Ninc based on the SOC of the secondary battery 1 and the battery temperature Tb, but the present invention is not limited to this. Specifically, the division number N can be switched between three or more division numbers. Here, when switching between three or more division numbers, the division number N can be increased as the battery temperature Tb decreases.

1:二次電池、100:組電池、201:監視ユニット、201a:電圧監視IC、
202:電流センサ、203:温度センサ、204:電流制限抵抗、
205:コンデンサ、206:インバータ、207:モータ・ジェネレータ、
208:均等化回路、208a:抵抗、208b:スイッチ素子、
300:コントローラ、300a:メモリ、
141:正極、141a:集電板、141b:活物質、142:負極、
142a:集電板、142b:活物質、143:セパレータ、11:正極端子、
12:負極端子310:電池状態推定部、311:拡散推定部、
312:開回路電圧推定部、313:電流推定部、314:パラメータ設定部、
315:境界条件設定部
1: secondary battery, 100: assembled battery, 201: monitoring unit, 201a: voltage monitoring IC,
202: current sensor, 203: temperature sensor, 204: current limiting resistor,
205: capacitor, 206: inverter, 207: motor / generator,
208: equalization circuit, 208a: resistance, 208b: switch element,
300: Controller, 300a: Memory,
141: positive electrode, 141a: current collector plate, 141b: active material, 142: negative electrode,
142a: current collector plate, 142b: active material, 143: separator, 11: positive electrode terminal,
12: Negative terminal 310: Battery state estimation unit, 311: Diffusion estimation unit,
312: Open circuit voltage estimation unit, 313: Current estimation unit, 314: Parameter setting unit,
315: Boundary condition setting part

Claims (8)

リチウムイオン二次電池の温度を検出する温度センサと、
前記リチウムイオン二次電池に含まれる球状の活物質モデルを径方向において複数の領域に分割した状態において、拡散方程式を用いて、前記各領域のリチウム濃度を示すリチウム濃度分布を算出するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、前記温度センサによる検出温度が閾値よりも低いときにおける前記領域の分割数を、前記検出温度が前記閾値よりも高いときにおける前記領域の分割数よりも大きくすることを特徴とする電池システム。
A temperature sensor for detecting the temperature of the lithium ion secondary battery;
In a state where the spherical active material model included in the lithium ion secondary battery is divided into a plurality of regions in the radial direction, a controller that calculates a lithium concentration distribution indicating a lithium concentration in each region using a diffusion equation; Have
The controller makes the number of divisions of the region when the temperature detected by the temperature sensor is lower than a threshold larger than the number of divisions of the region when the detected temperature is higher than the threshold. system.
前記コントローラは、
前記リチウム濃度分布に基づいて、前記活物質モデルの界面におけるリチウム濃度を算出し、
前記界面のリチウム濃度に対応した反応抵抗および拡散抵抗を特定することにより、前記リチウムイオン二次電池の内部抵抗を算出することを特徴とする請求項1に記載の電池システム。
The controller is
Based on the lithium concentration distribution, the lithium concentration at the interface of the active material model is calculated,
2. The battery system according to claim 1, wherein the internal resistance of the lithium ion secondary battery is calculated by specifying a reaction resistance and a diffusion resistance corresponding to a lithium concentration at the interface.
前記コントローラは、
算出した前記内部抵抗を用いて、前記リチウムイオン二次電池の開回路電圧を算出し、
開回路電圧およびSOCの対応関係を用いて、算出した開回路電圧に対応するSOCを特定することを特徴とする請求項2に記載の電池システム。
The controller is
Using the calculated internal resistance, calculate the open circuit voltage of the lithium ion secondary battery,
The battery system according to claim 2, wherein the SOC corresponding to the calculated open circuit voltage is specified using the correspondence relationship between the open circuit voltage and the SOC.
前記コントローラは、前記活物質モデルの中心および界面における境界条件を設定し、前記拡散方程式を用いることにより、前記リチウム濃度分布を算出することを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の電池システム。   4. The controller according to claim 1, wherein the controller sets boundary conditions at a center and an interface of the active material model, and calculates the lithium concentration distribution by using the diffusion equation. The battery system described. 前記検出温度が前記閾値よりも低いときに前記拡散方程式で用いられる拡散係数は、前記検出温度が前記閾値よりも高いときに前記拡散方程式で用いられる拡散係数よりも小さいことを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の電池システム。   The diffusion coefficient used in the diffusion equation when the detection temperature is lower than the threshold value is smaller than the diffusion coefficient used in the diffusion equation when the detection temperature is higher than the threshold value. The battery system according to any one of 1 to 4. 前記閾値は、第1閾値と、前記第1閾値よりも高い第2閾値とを含んでおり、
前記コントローラは、
前記リチウムイオン二次電池のSOCが、0%および100%から離れた所定範囲に含まれるとき、前記検出温度が前記第2閾値よりも低いときにおける前記分割数を、前記検出温度が前記第2閾値よりも高いときにおける前記分割数よりも大きくし、
前記リチウムイオン二次電池のSOCが前記所定範囲から外れているとき、前記検出温度が前記第1閾値よりも低いときにおける前記分割数を、前記検出温度が前記第1閾値よりも高いときにおける前記分割数よりも大きくすることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の電池システム。
The threshold value includes a first threshold value and a second threshold value higher than the first threshold value,
The controller is
When the SOC of the lithium ion secondary battery is included in a predetermined range apart from 0% and 100%, the number of divisions when the detected temperature is lower than the second threshold is set to the detected temperature being the second Greater than the number of divisions when higher than the threshold,
When the SOC of the lithium ion secondary battery is out of the predetermined range, the number of divisions when the detected temperature is lower than the first threshold is set to the division number when the detected temperature is higher than the first threshold. The battery system according to claim 1, wherein the battery system is larger than the number of divisions.
前記リチウムイオン二次電池のSOCが前記所定範囲に含まれるときに前記拡散方程式で用いられる拡散係数は、前記リチウムイオン二次電池のSOCが前記所定範囲から外れているときに前記拡散方程式で用いられる拡散係数よりも小さいことを特徴とする請求項6に記載の電池システム。   The diffusion coefficient used in the diffusion equation when the SOC of the lithium ion secondary battery is included in the predetermined range is used in the diffusion equation when the SOC of the lithium ion secondary battery is out of the predetermined range. The battery system according to claim 6, wherein the battery system has a smaller diffusion coefficient. リチウムイオン二次電池に含まれる球状の活物質モデルの内部におけるリチウム濃度分布を推定する推定方法であって、
前記活物質モデルを径方向において複数の領域に分割した状態において、拡散方程式を用いて、前記各領域のリチウム濃度を示す前記リチウム濃度分布を算出し、
前記リチウムイオン二次電池の温度を検出して、この検出温度が閾値よりも低いときにおける前記領域の分割数を、前記検出温度が前記閾値よりも高いときにおける前記領域の分割数よりも大きくすることを特徴とする推定方法。
An estimation method for estimating a lithium concentration distribution inside a spherical active material model included in a lithium ion secondary battery,
In a state where the active material model is divided into a plurality of regions in the radial direction, the diffusion concentration equation is used to calculate the lithium concentration distribution indicating the lithium concentration in each region,
The temperature of the lithium ion secondary battery is detected, and the number of divisions of the region when the detected temperature is lower than a threshold is made larger than the number of divisions of the region when the detected temperature is higher than the threshold. An estimation method characterized by that.
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