JP2014157662A - Battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池に応じて、二次電池の出力性能を向上させることができる電池システムに関する。 The present invention relates to a battery system that can improve the output performance of a secondary battery according to the secondary battery.
特許文献1に記載の技術では、ハイレート放電による二次電池の劣化を抑制するために、二次電池の劣化を評価する評価値を規定し、評価値が目標値を超えているときに、二次電池の放電(出力)を制限するようにしている。 In the technique described in Patent Document 1, in order to suppress the deterioration of the secondary battery due to the high-rate discharge, an evaluation value for evaluating the deterioration of the secondary battery is defined, and when the evaluation value exceeds the target value, The discharge (output) of the secondary battery is limited.
特許文献1に記載の技術において、目標値を固定してしまうと、二次電池の放電が過度に制限されてしまうことがある。二次電池には、製造バラツキが発生することがあり、製造バラツキに伴って、二次電池の出力性能にもバラツキが発生することがある。 In the technique described in Patent Literature 1, if the target value is fixed, the discharge of the secondary battery may be excessively limited. There are cases where manufacturing variations occur in the secondary battery, and variations in the output performance of the secondary battery may occur along with the manufacturing variations.
ここで、すべての二次電池において、ハイレート放電による劣化を抑制する観点に基づいて、目標値を固定してしまうと、二次電池によっては、評価値が目標値に到達しているにもかかわらず、ハイレート放電による劣化を許容できることがある。この場合には、評価値が目標値を超えていることにより、二次電池の放電が制限されてしまう。すなわち、二次電池の出力性能を十分に発揮できなくなる。 Here, in all the secondary batteries, if the target value is fixed based on the viewpoint of suppressing deterioration due to high-rate discharge, depending on the secondary battery, although the evaluation value has reached the target value. In some cases, deterioration due to high-rate discharge is acceptable. In this case, since the evaluation value exceeds the target value, discharge of the secondary battery is limited. That is, the output performance of the secondary battery cannot be fully exhibited.
本発明である電池システムは、二次電池の充放電時における電流値を検出する電流センサと、二次電池の放電電力が上限値を超えないように二次電池の放電を制御するコントローラと、を有する。コントローラは、電流センサを用いて検出された充放電状態から評価値を算出する。評価値は、二次電池の放電による塩濃度の偏りに伴って二次電池の内部抵抗を上昇させる劣化成分を評価するための値である。 The battery system according to the present invention includes a current sensor that detects a current value at the time of charge and discharge of the secondary battery, a controller that controls the discharge of the secondary battery so that the discharge power of the secondary battery does not exceed the upper limit value, Have The controller calculates an evaluation value from the charge / discharge state detected using the current sensor. The evaluation value is a value for evaluating a deteriorating component that increases the internal resistance of the secondary battery as the salt concentration is biased by the discharge of the secondary battery.
ここで、コントローラは、評価値に関する値が第1閾値に到達することに応じて、上限値を低下させる。また、コントローラは、二次電池の内部抵抗に関する値が第2閾値よりも小さいとき、第1閾値を上昇させる。 Here, the controller decreases the upper limit value in response to the value relating to the evaluation value reaching the first threshold value. Further, the controller increases the first threshold when the value related to the internal resistance of the secondary battery is smaller than the second threshold.
本発明では、評価値に関する値が第1閾値に到達することに応じて、上限値を低下させており、言い換えれば、評価値に関する値が第1閾値に到達しなければ、上限値を低下させないことになる。ここで、上限値を低下させることにより、二次電池の放電(出力)が制限される。 In the present invention, the upper limit value is decreased in response to the value related to the evaluation value reaching the first threshold value. In other words, the upper limit value is not decreased unless the value related to the evaluation value reaches the first threshold value. It will be. Here, the discharge (output) of the secondary battery is limited by lowering the upper limit value.
二次電池の内部抵抗に関する値が第2閾値よりも小さいときには、内部抵抗の上昇を許容することができる。言い換えれば、二次電池の放電(出力)を制限せずに、上述した劣化成分に起因する内部抵抗の上昇を許容することができる。そこで、本発明では、第1閾値を上昇させることにより、評価値に関する値を第1閾値に到達しにくくして、二次電池の放電(出力)が制限されにくくしている。これにより、二次電池の出力性能を向上させることができる。 When the value related to the internal resistance of the secondary battery is smaller than the second threshold, an increase in the internal resistance can be allowed. In other words, it is possible to allow an increase in internal resistance due to the above-described deterioration component without limiting the discharge (output) of the secondary battery. Therefore, in the present invention, by increasing the first threshold value, it is difficult for the value related to the evaluation value to reach the first threshold value, and the discharge (output) of the secondary battery is hardly restricted. Thereby, the output performance of a secondary battery can be improved.
また、第1閾値を上昇させるときには、内部抵抗に関する値が第2閾値に到達していない。すなわち、内部抵抗に関する値が第2閾値に到達していないことを確認しながら、第1閾値を上昇させている。これにより、二次電池の内部抵抗が増加しすぎていないことを確認でき、二次電池を保護しながら、二次電池の出力性能を向上させることができる。 Further, when the first threshold value is increased, the value related to the internal resistance does not reach the second threshold value. That is, the first threshold value is increased while confirming that the value related to the internal resistance has not reached the second threshold value. Thereby, it can confirm that the internal resistance of a secondary battery is not increasing too much, and it can improve the output performance of a secondary battery, protecting a secondary battery.
上述したように、本発明では、二次電池の実際の内部抵抗を把握しながら、第1閾値を変更しているため、二次電池の出力性能にバラツキが発生しているときであっても、このバラツキに応じた出力性能を確保することができる。すなわち、二次電池毎に、出力性能を十分に発揮させることができる。 As described above, in the present invention, since the first threshold value is changed while grasping the actual internal resistance of the secondary battery, even when the output performance of the secondary battery varies. The output performance corresponding to this variation can be ensured. That is, the output performance can be sufficiently exhibited for each secondary battery.
内部抵抗に関する値が第2閾値に到達するときには、第1閾値を低下させることができる。第1閾値を低下させれば、評価値に関する値が第1閾値に到達しやすくなり、上限値の低下によって、二次電池の放電(出力)を制限することができる。二次電池の放電を制限すれば、塩濃度の偏りを抑制でき、塩濃度の偏りに伴う内部抵抗の上昇を抑制することができる。 When the value related to the internal resistance reaches the second threshold value, the first threshold value can be lowered. If the first threshold value is decreased, the value related to the evaluation value can easily reach the first threshold value, and the discharge (output) of the secondary battery can be limited by the decrease in the upper limit value. If the discharge of the secondary battery is restricted, the salt concentration unevenness can be suppressed, and the increase in internal resistance due to the salt concentration unevenness can be suppressed.
評価値に関する値としては、評価値自体を用いることができる。また、評価値が目標値を超えるときにおいて、目標値を超える評価値を積算した値(積算値)を、評価値に関する値として用いることもできる。積算値としては、目標値および評価値の差分を積算した値であってもよいし、目標値を超えたときの評価値自体を積算した値であってもよい。ここで、評価値に関する値に応じて、第1閾値を設定すればよい。 As the value related to the evaluation value, the evaluation value itself can be used. Further, when the evaluation value exceeds the target value, a value obtained by integrating the evaluation values exceeding the target value (integrated value) can be used as a value related to the evaluation value. The integrated value may be a value obtained by integrating the difference between the target value and the evaluation value, or may be a value obtained by integrating the evaluation value itself when the target value is exceeded. Here, the first threshold value may be set according to the value related to the evaluation value.
内部抵抗に関する値としては、上述した劣化成分に起因する値を用いることができる。また、内部抵抗に関する値としては、上述した劣化成分(第1劣化成分という)と、二次電池を構成する材料の摩耗によって二次電池の内部抵抗を上昇させる劣化成分(第2劣化成分という)とに起因する値を用いることもできる。 As the value related to the internal resistance, a value resulting from the above-described degradation component can be used. In addition, as a value related to the internal resistance, the above-described deterioration component (referred to as a first deterioration component) and a deterioration component (referred to as a second deterioration component) that increase the internal resistance of the secondary battery due to wear of the material constituting the secondary battery Values resulting from and can also be used.
二次電池の内部抵抗には、第1劣化成分に起因する内部抵抗と、第2劣化成分に起因する内部抵抗とが含まれることがある。上述したように、本発明では、塩濃度の偏りに伴う内部抵抗の上昇を許容するようにしているため、内部抵抗に関する値としては、少なくとも、第1劣化成分に起因する内部抵抗が含まれていればよい。 The internal resistance of the secondary battery may include an internal resistance due to the first deterioration component and an internal resistance due to the second deterioration component. As described above, in the present invention, since an increase in internal resistance due to a deviation in salt concentration is allowed, the value related to the internal resistance includes at least the internal resistance due to the first deterioration component. Just do it.
ここで、内部抵抗に関する値として、第1劣化成分だけに起因する値を用いるときには、二次電池の内部抵抗から、第2劣化成分に起因する内部抵抗を減算すればよい。第2劣化成分は、二次電池を使用している期間から推定することができる。 Here, when using a value due to only the first deterioration component as a value related to the internal resistance, the internal resistance due to the second deterioration component may be subtracted from the internal resistance of the secondary battery. The second deterioration component can be estimated from the period in which the secondary battery is used.
また、第1劣化成分は、塩濃度の偏りによって発生するため、塩濃度の偏りが解消されれば、第1劣化成分が発生しなくなる。したがって、第1劣化成分が発生していない状態において、二次電池の内部抵抗を算出すれば、この内部抵抗は、第2劣化成分に起因する内部抵抗となる。このように、第2劣化成分に起因する内部抵抗を学習することもできる。 In addition, since the first deterioration component is generated due to the salt concentration unevenness, the first deterioration component is not generated if the salt concentration unevenness is eliminated. Therefore, if the internal resistance of the secondary battery is calculated in a state where the first deterioration component is not generated, this internal resistance becomes the internal resistance due to the second deterioration component. Thus, it is possible to learn the internal resistance due to the second deterioration component.
内部抵抗に関する値としては、内部抵抗の値自体を用いることもできるし、抵抗変化率を用いることもできる。抵抗変化率は、劣化前における二次電池の内部抵抗(Rini)と、劣化後における二次電池の内部抵抗(Rc)との比(Rc/Rini)で表すことができる。ここで、二次電池の劣化が進行するほど、抵抗変化率は、1よりも上昇する。 As the value related to the internal resistance, the value of the internal resistance itself can be used, or the resistance change rate can also be used. The rate of change in resistance can be represented by a ratio (Rc / Rini) of the internal resistance (Rini) of the secondary battery before deterioration and the internal resistance (Rc) of the secondary battery after deterioration. Here, the resistance change rate increases from 1 as the deterioration of the secondary battery progresses.
二次電池は、車両に搭載することができる。二次電池を放電したときの電気エネルギを運動エネルギに変換すれば、この運動エネルギを用いて車両を走行させることができる。また、二次電池としては、リチウムイオン二次電池を用いることができる。 The secondary battery can be mounted on a vehicle. If electric energy when the secondary battery is discharged is converted into kinetic energy, the vehicle can be driven using this kinetic energy. Moreover, a lithium ion secondary battery can be used as a secondary battery.
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、本実施例である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。なお、二次電池を充放電するシステムであれば、本発明を適用することができる。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a battery system according to the present embodiment. 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). Note that the present invention can be applied to any system that charges and discharges secondary batteries.
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、組電池だけを備えており、外部電源からの電力供給を受けて、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 the assembled battery as a power source of the vehicle, and can receive the power supply from the external power source to charge the assembled battery. 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、電気的に直列に接続された複数の二次電池1を有する。単電池としての二次電池1には、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などがある。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。 The assembled battery 100 includes a plurality of secondary batteries 1 that are electrically connected in series. Examples of the secondary battery 1 as a single battery include a nickel metal hydride battery and a lithium ion battery. The number of secondary batteries 1 can be appropriately set based on the required output of the assembled battery 100 and the like.
二次電池1の正極は、イオン(例えば、リチウムイオン)を吸蔵および放出できる材料で形成される。正極の材料としては、例えば、コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムを用いることができる。二次電池1の負極は、イオン(例えば、リチウムイオン)を吸蔵および放出できる材料で形成される。負極の材料としては、例えば、カーボンを用いることができる。二次電池1を充電するとき、正極は、イオンを電解液中に放出し、負極は、電解液中のイオンを吸蔵する。また、二次電池1を放電するとき、正極は、電解液中のイオンを吸蔵し、負極は、イオンを電解液中に放出する。 The positive electrode of the secondary battery 1 is formed of a material that can occlude and release ions (for example, lithium ions). As a positive electrode material, for example, lithium cobaltate or lithium manganate can be used. The negative electrode of the secondary battery 1 is formed of a material that can occlude and release ions (for example, lithium ions). As the negative electrode material, for example, carbon can be used. When the secondary battery 1 is charged, the positive electrode releases ions into the electrolytic solution, and the negative electrode occludes ions in the electrolytic solution. Further, when the secondary battery 1 is discharged, the positive electrode occludes ions in the electrolytic solution, and the negative electrode releases ions into the electrolytic solution.
本実施例の組電池100では、すべての二次電池1が電気的に直列に接続されているが、これに限るものではない。すなわち、組電池100には、電気的に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201は、組電池100の電圧値Vbを検出したり、各二次電池1の電圧値Vbを検出したりし、検出結果をコントローラ300に出力する。 In the assembled battery 100 of the present embodiment, all the secondary batteries 1 are electrically connected in series, but the present invention is not limited to this. That is, the assembled battery 100 can include a plurality of secondary batteries 1 electrically connected in parallel. The monitoring unit 201 detects the voltage value Vb of the assembled battery 100, detects the voltage value Vb of each secondary battery 1, and outputs the detection result to the controller 300.
組電池100を構成する複数の二次電池1が、複数の電池ブロックに分けられているとき、監視ユニット201は、各電池ブロックの電圧値Vbを検出することもできる。各電池ブロックは、電気的に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電気的に直列に接続されることにより、組電池100が構成される。 When the plurality of secondary batteries 1 constituting the assembled battery 100 are divided into a plurality of battery blocks, the monitoring unit 201 can also detect the voltage value Vb of each battery block. Each battery block is composed of a plurality of secondary batteries 1 electrically connected in series, and the assembled battery 100 is configured by electrically connecting the plurality of battery blocks in series.
電流センサ202は、組電池100に流れる電流値Ibを検出し、検出結果をコントローラ300に出力する。本実施例では、放電時の電流値Ibを正の値(Ib>0)とし、充電時の電流値Ibを負の値(Ib<0)としている。本実施例では、組電池100の正極端子と接続された正極ラインPLに、電流センサ202を設けているが、これに限るものではない。すなわち、電流センサ202は、電流値Ibを検出することができればよい。例えば、組電池100の負極端子と接続された負極ラインNLに、電流センサ202を設けることができる。また、複数の電流センサ202を設けることもできる。 The current sensor 202 detects the current value Ib flowing through the assembled battery 100 and outputs the detection result to the controller 300. In this embodiment, the current value Ib at the time of discharging is a positive value (Ib> 0), and the current value Ib at the time of charging is a negative value (Ib <0). In the present embodiment, the current sensor 202 is provided in the positive electrode line PL connected to the positive electrode terminal of the assembled battery 100, but the present invention is not limited to this. That is, the current sensor 202 only needs to detect the current value Ib. For example, the current sensor 202 can be provided on the negative electrode line NL connected to the negative electrode terminal of the assembled battery 100. A plurality of current sensors 202 can also be provided.
温度センサ203は、組電池100(二次電池1)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。温度センサ203の数は、適宜設定することができる。ここで、複数の温度センサ203を用いれば、互いに異なる位置に配置された複数の二次電池1の温度Tbを検出することができる。 The temperature sensor 203 detects the temperature Tb of the assembled battery 100 (secondary battery 1) and outputs the detection result to the controller 300. The number of temperature sensors 203 can be set as appropriate. Here, if a plurality of temperature sensors 203 are used, the temperatures Tb of the plurality of secondary batteries 1 arranged at different positions can be detected.
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.
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。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 in the positive electrode line PL. 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 in the negative electrode line NL. 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が電気的に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、電気的に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。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、突入電流が流れることを抑制するために用いられる。 A system main relay SMR-P and a current limiting resistor 204 are electrically connected in parallel to the system main relay SMR-G. System main relay SMR-P and current limiting resistor 204 are electrically connected in series. System main relay SMR-P is switched between ON and OFF by receiving a control signal from controller 300. The current limiting resistor 204 is used to suppress inrush current from flowing when the assembled battery 100 is connected to a load (specifically, the inverter 205).
組電池100をインバータ205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 205, 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 related to 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205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 205 is cut off, and the battery system shown in FIG. 1 enters a stopped state (Ready-Off).
インバータ205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206に出力する。モータ・ジェネレータ206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206は、インバータ205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206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 205 converts the DC power from the assembled battery 100 into AC power and outputs the AC power to the motor / generator 206. For example, a three-phase AC motor can be used as the motor / generator 206. Motor generator 206 receives AC power from inverter 205 and generates kinetic energy for running the vehicle. The kinetic energy generated by the motor / generator 206 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206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205は、モータ・ジェネレータ206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 206 converts kinetic energy generated during braking of the vehicle into electrical energy (AC power). The inverter 205 converts the AC power generated by the motor / generator 206 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205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205を接続する電流経路において、昇圧回路を設けることができる。昇圧回路は、組電池100の出力電圧を昇圧し、昇圧後の電力をインバータ205に出力することができる。また、昇圧回路は、インバータ205の出力電圧を降圧し、降圧後の電力を組電池100に出力することができる。 In this embodiment, the assembled battery 100 is connected to the inverter 205, but the present invention is not limited to this. Specifically, a booster circuit can be provided in a current path connecting the assembled battery 100 and the inverter 205. The booster circuit can boost the output voltage of the assembled battery 100 and output the boosted power to the inverter 205. Further, the booster circuit can step down the output voltage of the inverter 205 and output the reduced power to the assembled battery 100.
二次電池1の充電又は放電が継続的に行われると、充放電時の電流レート(特に、ハイレート)によっては、二次電池1の内部抵抗が増加し、二次電池1の入出力性能が急激に低下し始める現象が発生することがある。この現象が継続して発生すると、二次電池1が劣化してしまうことがあり、このような劣化をハイレート劣化とよぶ。ハイレート劣化の要因の1つとしては、ハイレートでの充電又は放電が継続的に行われることにより、二次電池1の電解液中の塩濃度が偏ってしまうことが考えられる。ハイレート充電およびハイレート放電では、塩濃度の偏り状態が相反する状態となる。 When the secondary battery 1 is continuously charged or discharged, the internal resistance of the secondary battery 1 increases depending on the current rate (particularly, the high rate) at the time of charging and discharging, and the input / output performance of the secondary battery 1 is reduced. There may be a phenomenon that begins to drop rapidly. If this phenomenon occurs continuously, the secondary battery 1 may be deteriorated, and such deterioration is called high-rate deterioration. As one of the causes of the high rate deterioration, it is considered that the salt concentration in the electrolyte solution of the secondary battery 1 is biased by continuously performing charging or discharging at a high rate. In high-rate charging and high-rate discharging, the salt concentration is in an opposite state.
本実施例では、ハイレート劣化を抑制できるように、二次電池1(組電池100)の充放電を制御している。特に、本実施例では、ハイレート放電による劣化を抑制するために、二次電池1の放電を制御している。 In this embodiment, charging / discharging of the secondary battery 1 (the assembled battery 100) is controlled so that high-rate deterioration can be suppressed. In particular, in this embodiment, the discharge of the secondary battery 1 is controlled in order to suppress deterioration due to high-rate discharge.
ここで、本実施例では、ハイレート劣化を評価するための値として、評価値D(N)を規定している。そして、評価値D(N)に基づいて、ハイレート劣化を抑制するための充放電制御を行っている。 Here, in this embodiment, an evaluation value D (N) is defined as a value for evaluating high-rate deterioration. Based on the evaluation value D (N), charge / discharge control for suppressing high rate deterioration is performed.
評価値D(N)に基づく充放電制御について、図2および図3に示すフローチャートを用いて説明する。図2および図3に示す処理は、予め設定された時間間隔(サイクルタイム)で繰り返して行われる。図2および図3に示す処理は、コントローラ300によって実行される。 Charge / discharge control based on the evaluation value D (N) will be described using the flowcharts shown in FIGS. The processing shown in FIGS. 2 and 3 is repeatedly performed at a preset time interval (cycle time). The processes shown in FIGS. 2 and 3 are executed by the controller 300.
ステップS101において、コントローラ300は、電流センサ202の出力信号に基づいて、電流値Ibを検出する。組電池100を放電しているときには、電流値Ibが正の値になり、組電池100を充電しているときには、電流値Ibが負の値になる。 In step S101, the controller 300 detects the current value Ib based on the output signal of the current sensor 202. When the battery pack 100 is being discharged, the current value Ib is a positive value, and when the battery pack 100 is being charged, the current value Ib is a negative value.
ステップS102において、コントローラ300は、ステップS101の処理で検出された電流値Ibに基づいて、組電池100のSOC(State Of Charge)を算出(推定)する。SOCは、満充電容量に対する、現在の充電容量の割合である。コントローラ300は、組電池100を充放電したときの電流値Ibを積算することにより、組電池100のSOCを算出することができる。 In step S102, the controller 300 calculates (estimates) the SOC (State Of Charge) of the assembled battery 100 based on the current value Ib detected in the process of step S101. The SOC is the ratio of the current charge capacity to the full charge capacity. The controller 300 can calculate the SOC of the assembled battery 100 by accumulating the current value Ib when the assembled battery 100 is charged and discharged.
一方、監視ユニット201によって検出された組電池100の電圧値Vbに基づいて、組電池100のSOCを推定することもできる。組電池100のSOCは、組電池100のOCV(Open Circuit Voltage)と対応関係があるため、SOCおよびOCVの対応関係を予め求めておけば、OCVからSOCを特定することができる。OCVは、組電池100の電圧値Vb(CCV:Closed Circuit Voltage)と、組電池100の内部抵抗による電圧変化量とから求めることができる。 On the other hand, the SOC of the assembled battery 100 can be estimated based on the voltage value Vb of the assembled battery 100 detected by the monitoring unit 201. Since the SOC of the assembled battery 100 has a corresponding relationship with the OCV (Open Circuit Voltage) of the assembled battery 100, the SOC can be specified from the OCV if the corresponding relationship between the SOC and the OCV is obtained in advance. The OCV can be obtained from the voltage value Vb (CCV: Closed Circuit Voltage) of the assembled battery 100 and the voltage change amount due to the internal resistance of the assembled battery 100.
ここで、組電池100を充放電していないときであれば、監視ユニット201を用いて、組電池100のOCVを検出することができる。なお、組電池100のSOCを推定する方法は、上述した方法に限るものではなく、公知の方法を適宜採用することができる。 Here, when the assembled battery 100 is not charged / discharged, the OCV of the assembled battery 100 can be detected using the monitoring unit 201. Note that the method of estimating the SOC of the battery pack 100 is not limited to the above-described method, and a known method can be appropriately employed.
ステップS103において、コントローラ300は、温度センサ203の出力信号に基づいて、組電池100の温度Tbを検出する。ステップS104において、コントローラ300は、ステップS102の処理で算出したSOCと、ステップS103の処理で検出した電池温度Tbとに基づいて、忘却係数を算出する。忘却係数は、二次電池1の電解液中のイオンの拡散速度に対応する係数である。忘却係数は、下記式(1)の条件を満たす範囲で設定される。 In step S103, the controller 300 detects the temperature Tb of the assembled battery 100 based on the output signal of the temperature sensor 203. In step S104, the controller 300 calculates a forgetting factor based on the SOC calculated in the process of step S102 and the battery temperature Tb detected in the process of step S103. The forgetting factor is a factor corresponding to the diffusion rate of ions in the electrolyte solution of the secondary battery 1. The forgetting factor is set in a range that satisfies the condition of the following formula (1).
上記式(1)において、Aは、忘却係数を示し、Δtは、図2および図3に示す処理を繰り返して行うときのサイクルタイムを示す。 In the above formula (1), A represents a forgetting factor, and Δt represents a cycle time when the processes shown in FIGS. 2 and 3 are repeated.
例えば、コントローラ300は、図4に示すマップを用いて、忘却係数Aを特定することができる。図4において、縦軸は、忘却係数Aであり、横軸は、組電池100の温度Tbである。図4に示すマップは、実験等によって予め取得することができ、メモリ300aに記憶しておくことができる。 For example, the controller 300 can specify the forgetting factor A using the map shown in FIG. In FIG. 4, the vertical axis represents the forgetting factor A, and the horizontal axis represents the temperature Tb of the assembled battery 100. The map shown in FIG. 4 can be acquired in advance by an experiment or the like, and can be stored in the memory 300a.
図4に示すマップにおいて、ステップS102の処理で算出したSOCと、ステップS103の処理で検出した電池温度Tbとを特定することにより、忘却係数Aを特定することができる。イオンの拡散速度が速いほど、忘却係数Aが大きくなる。このため、図4に示すように、組電池100の温度Tbが同じであれば、組電池100のSOCが高いほど、忘却係数Aが大きくなる。また、組電池100のSOCが同じであれば、組電池100の温度Tbが高くなるほど、忘却係数Aが大きくなる。 In the map shown in FIG. 4, the forgetting factor A can be specified by specifying the SOC calculated in the process of step S102 and the battery temperature Tb detected in the process of step S103. The forgetting factor A increases as the ion diffusion rate increases. Therefore, as shown in FIG. 4, if the temperature Tb of the assembled battery 100 is the same, the forgetting factor A increases as the SOC of the assembled battery 100 increases. If the SOC of the assembled battery 100 is the same, the forgetting factor A increases as the temperature Tb of the assembled battery 100 increases.
ステップS105において、コントローラ300は、評価値Dの減少量D(−)を算出する。評価値Dの減少量D(−)は、前回(直近)の評価値D(N−1)を算出したときから、1回のサイクルタイムΔtが経過するまでの間において、イオンの拡散に伴う塩濃度の偏りの減少に応じて算出される。例えば、コントローラ300は、下記式(2)に基づいて、評価値Dの減少量D(−)を算出することができる。 In step S105, the controller 300 calculates a decrease amount D (−) of the evaluation value D. The decrease amount D (−) of the evaluation value D is associated with the diffusion of ions from the time when the previous (most recent) evaluation value D (N−1) is calculated until one cycle time Δt elapses. Calculated according to the decrease in salt concentration bias. For example, the controller 300 can calculate the decrease amount D (−) of the evaluation value D based on the following formula (2).
上記式(2)において、AおよびΔtは、上記式(1)と同様である。D(N−1)は、前回(直近)に算出された評価値を示す。初期値としての評価値D(0)は、例えば、0とすることができる。 In the above formula (2), A and Δt are the same as in the above formula (1). D (N-1) indicates an evaluation value calculated last time (most recent time). The evaluation value D (0) as the initial value can be set to 0, for example.
上記式(1)に示すように、「A×Δt」の値は、0から1までの値である。したがって、「A×Δt」の値が1に近づくほど、評価値Dの減少量D(−)が大きくなる。言い換えれば、忘却係数Aが大きいほど、又は、サイクルタイムΔtが長いほど、評価値Dの減少量D(−)が大きくなる。なお、減少量D(−)の算出方法は、本実施例で説明した方法に限定されるものではなく、塩濃度の偏りの減少を特定することができる方法であればよい。 As shown in the above equation (1), the value of “A × Δt” is a value from 0 to 1. Therefore, as the value of “A × Δt” approaches 1, the decrease amount D (−) of the evaluation value D increases. In other words, the greater the forgetting factor A or the longer the cycle time Δt, the greater the reduction amount D (−) of the evaluation value D. Note that the method of calculating the decrease amount D (−) is not limited to the method described in the present embodiment, and any method that can specify a decrease in the salt concentration bias may be used.
ステップS106において、コントローラ300は、メモリ300aに予め記憶された電流係数を読み出す。ステップS107において、コントローラ300は、ステップS102の処理で算出された組電池100のSOCと、ステップS103の処理で検出した電池温度Tbとに基づいて、限界値を算出する。 In step S106, the controller 300 reads the current coefficient stored in advance in the memory 300a. In step S107, the controller 300 calculates a limit value based on the SOC of the assembled battery 100 calculated in the process of step S102 and the battery temperature Tb detected in the process of step S103.
例えば、コントローラ300は、図5に示すマップを用いて、限界値を算出することができる。図5に示すマップは、実験等によって予め取得することができ、メモリ300aに記憶しておくことができる。図5において、縦軸は、限界値であり、横軸は、組電池10の温度Tbである。図5に示すマップにおいて、ステップS102の処理で算出したSOCと、ステップS103の処理で検出した電池温度Tbとを特定することにより、限界値を特定することができる。 For example, the controller 300 can calculate the limit value using the map shown in FIG. The map shown in FIG. 5 can be acquired in advance by experiments or the like, and can be stored in the memory 300a. In FIG. 5, the vertical axis represents the limit value, and the horizontal axis represents the temperature Tb of the assembled battery 10. In the map shown in FIG. 5, the limit value can be specified by specifying the SOC calculated in the process of step S102 and the battery temperature Tb detected in the process of step S103.
図5に示すマップでは、組電池100の温度Tbが同じであれば、組電池100のSOCが高いほど、限界値が大きくなる。また、組電池100のSOCが同じであれば、組電池100の温度Tbが高いほど、限界値が大きくなる。 In the map shown in FIG. 5, if the temperature Tb of the assembled battery 100 is the same, the limit value increases as the SOC of the assembled battery 100 increases. If the SOC of the assembled battery 100 is the same, the limit value increases as the temperature Tb of the assembled battery 100 increases.
ステップS108において、コントローラ300は、評価値Dの増加量D(+)を算出する。評価値Dの増加量D(+)は、前回(直近)の評価値D(N−1)を算出したときから、1回のサイクルタイムΔtが経過するまでの間において、放電に伴う塩濃度の偏りの増加に応じて算出される。例えば、コントローラ300は、下記式(3)に基づいて、評価値Dの増加量D(+)を算出することができる。 In step S108, the controller 300 calculates the increase amount D (+) of the evaluation value D. The increase amount D (+) of the evaluation value D is the salt concentration accompanying discharge from the time when the previous (most recent) evaluation value D (N-1) is calculated until one cycle time Δt elapses. It is calculated according to an increase in the bias. For example, the controller 300 can calculate the increase amount D (+) of the evaluation value D based on the following formula (3).
上記式(3)において、Bは、電流係数を示し、ステップS106の処理で取得した値が用いられる。Cは、限界値を示し、ステップS107の処理で取得した値が用いられる。Ibは、電流値を示し、ステップS101の処理で検出した値が用いられる。Δtは、サイクルタイムである。 In the above equation (3), B represents a current coefficient, and the value acquired in the process of step S106 is used. C indicates a limit value, and the value acquired in the process of step S107 is used. Ib indicates a current value, and the value detected in the process of step S101 is used. Δt is the cycle time.
上記式(3)から分かるように、電流値Ibが大きいほど、又は、サイクルタイムΔtが長いほど、評価値Dの増加量D(+)は大きくなる。なお、増加量D(+)の算出方法は、本実施例で説明した算出方法に限定されるものではなく、塩濃度の偏りの増加を特定することができる方法であればよい。 As can be seen from the above formula (3), the larger the current value Ib or the longer the cycle time Δt, the larger the increase D (+) of the evaluation value D. Note that the calculation method of the increase amount D (+) is not limited to the calculation method described in the present embodiment, and any method that can specify an increase in the salt concentration bias may be used.
ステップS109において、コントローラ300は、今回のサイクルタイムΔtにおける評価値D(N)を算出する。評価値D(N)は、下記式(4)に基づいて算出することができる。 In step S109, the controller 300 calculates an evaluation value D (N) at the current cycle time Δt. The evaluation value D (N) can be calculated based on the following formula (4).
上記式(4)において、D(N)は、今回のサイクルタイムΔtにおける評価値であり、D(N−1)は、前回(直近)のサイクルタイムΔtにおける評価値である。初期値としての評価値D(0)は、例えば、0に設定することができる。D(−)は、評価値Dの減少量を示し、ステップS105の処理で算出した値が用いられる。D(+)は、評価値Dの増加量を示し、ステップS108の処理で算出された値が用いられる。 In the above equation (4), D (N) is an evaluation value at the current cycle time Δt, and D (N−1) is an evaluation value at the previous (most recent) cycle time Δt. The evaluation value D (0) as the initial value can be set to 0, for example. D (−) represents the amount of decrease in the evaluation value D, and the value calculated in the process of step S105 is used. D (+) indicates the increase amount of the evaluation value D, and the value calculated in the process of step S108 is used.
本実施例では、上記式(4)に表すように、塩濃度の偏りの増加量D(+)と、塩濃度の偏りの減少量D(−)とを考慮して、評価値D(N)を算出することができる。これにより、ハイレート劣化の要因と考えられる塩濃度の偏りの変化(増減)を、評価値D(N)に適切に反映させることができる。したがって、組電池100の状態がハイレート劣化の生じる状態にどの程度近づいているのかを、評価値D(N)に基づいて把握することができる。 In this example, as shown in the above formula (4), the evaluation value D (N) is considered in consideration of the increase D (+) in the salt concentration bias and the decrease D (−) in the salt concentration bias. ) Can be calculated. Thereby, the change (increase / decrease) in the salt concentration bias considered to be a cause of high-rate deterioration can be appropriately reflected in the evaluation value D (N). Therefore, it can be grasped based on the evaluation value D (N) how close the state of the assembled battery 100 is to the state where the high rate deterioration occurs.
本実施例では、組電池100に対して、評価値D(N)を算出しているが、これに限るものではない。具体的には、各二次電池1又は各電池ブロックに対して、評価値D(N)を算出することもできる。この場合には、二次電池1又は電池ブロックに応じて、評価値D(N)が異なることもある。評価値D(N)にバラツキが発生しているときには、例えば、最も大きい評価値D(N)を特定し、この評価値D(N)に基づいて、後述する制御を行うことができる。 In the present embodiment, the evaluation value D (N) is calculated for the assembled battery 100, but is not limited thereto. Specifically, the evaluation value D (N) can be calculated for each secondary battery 1 or each battery block. In this case, the evaluation value D (N) may differ depending on the secondary battery 1 or the battery block. When the evaluation value D (N) varies, for example, the largest evaluation value D (N) can be specified, and control described later can be performed based on the evaluation value D (N).
ステップS110において、コントローラ300は、ステップS109の処理で算出した評価値D(N)が予め定められた目標値Dtar(+)よりも大きいか否かを判別する。目標値Dtar(+)は、放電によるハイレート劣化が発生し始める評価値D(N)よりも小さい値に設定され、予め設定しておくことができる。評価値D(N)が目標値Dtar(+)よりも大きければ、ステップS111の処理に進む。一方、評価値D(N)が目標値Dtar(+)よりも小さければ、ステップS117の処理に進む。 In step S110, the controller 300 determines whether or not the evaluation value D (N) calculated in the process of step S109 is larger than a predetermined target value Dtar (+). The target value Dtar (+) is set to a value smaller than the evaluation value D (N) at which high-rate deterioration due to discharge starts to occur, and can be set in advance. If the evaluation value D (N) is larger than the target value Dtar (+), the process proceeds to step S111. On the other hand, if the evaluation value D (N) is smaller than the target value Dtar (+), the process proceeds to step S117.
本実施例では、図6に示すように、目標値Dtar(+)は、評価値D(N)のプラス側において設定されている。目標値Dtar(+)は、正の値である。図6は、評価値D(N)の変化(一例)を示す図である。図6において、縦軸は評価値D(N)であり、横軸は時間である。 In this embodiment, as shown in FIG. 6, the target value Dtar (+) is set on the plus side of the evaluation value D (N). The target value Dtar (+) is a positive value. FIG. 6 is a diagram illustrating a change (an example) in the evaluation value D (N). In FIG. 6, the vertical axis represents the evaluation value D (N), and the horizontal axis represents time.
ステップS111において、コントローラ300は、評価値D(N)の積算を行う。具体的には、図6に示すように、評価値D(N)が目標値Dtar(+)よりも大きいとき、評価値D(N)のうち、目標値Dtar(+)よりも大きい部分(図6のハッチング領域)について、積算を行う。評価値D(N)が目標値Dtar(+)よりも大きくなるたびに、積算処理が行われる。評価値D(N)が目標値Dtar(+)よりも大きいときには、評価値D(N)および目標値Dtar(+)の差分が積算され、積算値ΣDex(N)が得られる。積算される評価値D(N)は、正の値であるため、積算値ΣDex(N)も正の値となる。 In step S111, the controller 300 integrates the evaluation values D (N). Specifically, as shown in FIG. 6, when the evaluation value D (N) is larger than the target value Dtar (+), a portion of the evaluation value D (N) that is larger than the target value Dtar (+) ( Integration is performed for the hatched area in FIG. Every time the evaluation value D (N) becomes larger than the target value Dtar (+), integration processing is performed. When the evaluation value D (N) is larger than the target value Dtar (+), the difference between the evaluation value D (N) and the target value Dtar (+) is integrated to obtain an integrated value ΣDex (N). Since the integrated evaluation value D (N) is a positive value, the integrated value ΣDex (N) is also a positive value.
本実施例では、積算値ΣDex(N)を算出するときに、評価値D(N)および目標値Dtar(+)の差分を積算しているが、これに限るものではない。具体的には、評価値D(N)が目標値Dtar(+)よりも大きいときには、評価値D(N)および目標値Dtar(+)の差分ではなく、評価値D(N)自体を積算することができる。この場合には、評価値D(N)自体を積算することを考慮して、後述する閾値Eを設定すればよい。 In this embodiment, when the integrated value ΣDex (N) is calculated, the difference between the evaluation value D (N) and the target value Dtar (+) is integrated, but the present invention is not limited to this. Specifically, when the evaluation value D (N) is larger than the target value Dtar (+), the evaluation value D (N) itself is integrated instead of the difference between the evaluation value D (N) and the target value Dtar (+). can do. In this case, a threshold E described later may be set in consideration of integrating the evaluation values D (N) itself.
ステップS112において、コントローラ30は、積算値ΣDex(N)が閾値Eよりも小さいか否かを判別する。閾値(本発明の第1閾値に相当する)Eは、放電によるハイレート劣化を許容するための上限値であって、正の値である。すなわち、積算値ΣDex(N)が閾値Eを超えるまでは、ハイレート劣化を許容することができる。言い換えれば、積算値ΣDexが閾値Eを超える場合には、ハイレート劣化を許容できないため、後述するように、組電池100の放電を制限することになる。 In step S112, the controller 30 determines whether or not the integrated value ΣDex (N) is smaller than the threshold value E. The threshold value E (corresponding to the first threshold value of the present invention) E is an upper limit value for allowing high-rate deterioration due to discharge, and is a positive value. That is, until the integrated value ΣDex (N) exceeds the threshold value E, high rate deterioration can be allowed. In other words, when the integrated value ΣDex exceeds the threshold value E, high-rate deterioration cannot be allowed, so that the discharge of the assembled battery 100 is limited as will be described later.
ハイレート劣化は、塩濃度の偏りによって発生するが、塩濃度の偏りは、二次電池1の温度Tb、SOCや電流値Ibに依存する。このため、評価値D(N)や積算値ΣDex(N)も、二次電池1の温度Tb、SOCや電流値Ibに依存する。したがって、二次電池1の温度Tb、SOCや電流値Ibに応じて、閾値Eを設定することができる。 The high rate deterioration occurs due to the salt concentration unevenness, and the salt concentration unevenness depends on the temperature Tb, SOC, and current value Ib of the secondary battery 1. For this reason, the evaluation value D (N) and the integrated value ΣDex (N) also depend on the temperature Tb, SOC, and current value Ib of the secondary battery 1. Therefore, the threshold value E can be set according to the temperature Tb, SOC, and current value Ib of the secondary battery 1.
具体的には、まず、電池温度Tb、SOCおよび電流値Ibの少なくとも1つと、閾値Eとの対応関係を、実験などによって予め求めておくことができる。この対応関係を用いれば、電池温度Tb、SOCおよび電流値Ibの少なくとも1つを特定することにより、閾値Eを特定することができる。図2に示す処理では、ステップS101〜S103の処理において、電流値Ib、SOCおよび電池温度Tbが取得されるため、この取得した情報を用いて、閾値Eが特定される。 Specifically, first, a correspondence relationship between at least one of the battery temperature Tb, the SOC, and the current value Ib and the threshold value E can be obtained in advance by an experiment or the like. If this correspondence is used, the threshold value E can be specified by specifying at least one of the battery temperature Tb, the SOC, and the current value Ib. In the process shown in FIG. 2, since the current value Ib, the SOC, and the battery temperature Tb are acquired in the processes of steps S101 to S103, the threshold value E is specified using the acquired information.
本実施例では、後述するように、閾値Eを固定せず、抵抗変化率grの変化に応じて、閾値Eを変更している。上述したように、電池温度Tb、SOCおよび電流値Ibの少なくとも1つを、閾値Eと対応づけている場合には、電池温度Tb、SOCおよび電流値Ibの少なくとも1つから特定される閾値Eを、抵抗変化率grの変化に応じて変更する。 In the present embodiment, as described later, the threshold value E is not fixed, but the threshold value E is changed according to the change in the resistance change rate gr. As described above, when at least one of battery temperature Tb, SOC, and current value Ib is associated with threshold E, threshold E specified from at least one of battery temperature Tb, SOC, and current value Ib. Is changed according to the change in the resistance change rate gr.
ステップS112において、積算値ΣDex(N)が閾値Eよりも小さいときには、ステップS113の処理に進む。一方、積算値ΣDex(N)が閾値Eよりも大きいときには、ステップS114の処理に進む。 If the integrated value ΣDex (N) is smaller than the threshold value E in step S112, the process proceeds to step S113. On the other hand, when the integrated value ΣDex (N) is larger than the threshold value E, the process proceeds to step S114.
ステップS113において、コントローラ300は、組電池100の放電制御に用いられる出力制限値Wout_limを最大値Wout_maxに設定する。出力制限値Wout_limは、組電池100の放電を許容する上限電力値[kW]である。コントローラ300は、組電池100の出力電力が出力制限値Wout_limよりも高くならないように、組電池100の出力(放電)を制御する。 In step S113, the controller 300 sets the output limit value Wout_lim used for the discharge control of the assembled battery 100 to the maximum value Wout_max. The output limit value Wout_lim is an upper limit power value [kW] that allows the assembled battery 100 to be discharged. The controller 300 controls the output (discharge) of the assembled battery 100 so that the output power of the assembled battery 100 does not become higher than the output limit value Wout_lim.
最大値Wout_maxは、予め決めておくことができる。組電池100の出力を制限するときには、出力制限値Wout_limが最大値Wout_maxよりも小さい値に設定される。出力制限値Wout_limは、最大値Wout_maxおよび最小値の間で変化させることができる。出力制限値の最小値は、例えば、0[kW]とすることができる。この場合には、組電池100の放電が行われなくなる。 The maximum value Wout_max can be determined in advance. When limiting the output of the battery pack 100, the output limit value Wout_lim is set to a value smaller than the maximum value Wout_max. The output limit value Wout_lim can be changed between the maximum value Wout_max and the minimum value. The minimum value of the output limit value can be set to 0 [kW], for example. In this case, the assembled battery 100 is not discharged.
ステップS114において、コントローラ300は、出力制限値Wout_limを最大値Wout_maxよりも小さい値に設定する。ステップS112からステップS114の処理に進むときには、ハイレート劣化を許容できない状態となっているため、出力制限値Wout_limを低下させることにより、組電池100の出力を制限する。ここで、出力制限値Wout_limを低下させるほど、組電池100の出力が制限されることになる。 In step S114, the controller 300 sets the output limit value Wout_lim to a value smaller than the maximum value Wout_max. When the process proceeds from step S112 to step S114, since the high-rate deterioration cannot be allowed, the output of the assembled battery 100 is limited by reducing the output limit value Wout_lim. Here, the output of the assembled battery 100 is limited as the output limit value Wout_lim is decreased.
例えば、コントローラ300は、積算値ΣDex(N)および閾値Eの差分に応じて、最大値Wout_maxに対して出力制限値Wout_limを減少させる量を設定することができる。具体的には、コントローラ300は、下記式(5)に基づいて、出力制限値Wout_limを算出することができる。 For example, the controller 300 can set the amount by which the output limit value Wout_lim is decreased with respect to the maximum value Wout_max in accordance with the difference between the integrated value ΣDex (N) and the threshold value E. Specifically, the controller 300 can calculate the output limit value Wout_lim based on the following formula (5).
上記式(5)において、Lは、係数を示す。Eは、ステップS112の処理で説明した閾値を示す。上記式(5)に示す「L×(E−ΣDex(N))」の値は、出力制限値Wout_limを減少させる量を示しており、係数Lを変化させることにより、出力制限値Wout_limの減少量を調整することができる。具体的には、車両のドライバビリティを考慮して、減少量を調整することができる。 In the above formula (5), L represents a coefficient. E represents the threshold value described in the process of step S112. The value of “L × (E−ΣDex (N))” shown in the above equation (5) indicates the amount by which the output limit value Wout_lim is decreased. By changing the coefficient L, the output limit value Wout_lim is decreased. The amount can be adjusted. Specifically, the amount of decrease can be adjusted in consideration of vehicle drivability.
ステップS115において、コントローラ300は、組電池100の出力制御に関する指令をインバータ205に送信する。この指令には、ステップS113又はステップS114の処理で設定された出力制限値Wout_limに関する情報が含まれる。これにより、組電池100の出力電力が、出力制限値Wout_limを超えないように、組電池100の出力が制御される。 In step S <b> 115, the controller 300 transmits a command related to output control of the assembled battery 100 to the inverter 205. This command includes information related to the output limit value Wout_lim set in the process of step S113 or step S114. Thereby, the output of the assembled battery 100 is controlled so that the output power of the assembled battery 100 does not exceed the output limit value Wout_lim.
ステップS116において、コントローラ300は、今回の評価値D(N)および積算値ΣDex(N)をメモリ300aに記憶する。評価値D(N)をメモリ300aに記憶することにより、評価値D(N)の変化を監視することができる。また、積算値ΣDex(N)をメモリ300aに記憶することにより、次回の評価値D(N+1)が目標値Dtar(+)よりも大きくなったときに、積算値ΣDex(N)を更新することができる。 In step S116, the controller 300 stores the current evaluation value D (N) and the integrated value ΣDex (N) in the memory 300a. By storing the evaluation value D (N) in the memory 300a, a change in the evaluation value D (N) can be monitored. Further, by storing the integrated value ΣDex (N) in the memory 300a, the integrated value ΣDex (N) is updated when the next evaluation value D (N + 1) becomes larger than the target value Dtar (+). Can do.
ステップS110の処理からステップS117の処理に進んだとき、コントローラ300は、評価値D(N)をメモリ300aに記憶する。ステップS110からステップS117の処理に進むときには、積算値ΣDex(N)が算出されないため、今回の評価値D(N)だけがメモリ300aに記憶される。これにより、評価値D(N)の変化を監視することができる。 When the process proceeds from step S110 to step S117, the controller 300 stores the evaluation value D (N) in the memory 300a. When the process proceeds from step S110 to step S117, since the integrated value ΣDex (N) is not calculated, only the current evaluation value D (N) is stored in the memory 300a. Thereby, the change of the evaluation value D (N) can be monitored.
上述したように、図2および図3に示す処理によれば、積算値ΣDex(N)が閾値Eに到達しないように、二次電池1の出力制御(フィードフォワード制御)が行われる。 As described above, according to the processing shown in FIGS. 2 and 3, the output control (feedforward control) of the secondary battery 1 is performed so that the integrated value ΣDex (N) does not reach the threshold value E.
本実施例によれば、積算値ΣDex(N)が閾値Eよりも大きいときには、組電池100の出力を制限することにより、放電によるハイレート劣化を抑制することができる。組電池100の出力を制限すれば、塩濃度の偏りを抑制することができる。ここで、ハイレート劣化は、塩濃度の偏りによって発生するため、塩濃度の偏りを抑制することにより、ハイレート劣化を抑制することができる。 According to the present embodiment, when the integrated value ΣDex (N) is larger than the threshold value E, high rate deterioration due to discharge can be suppressed by limiting the output of the assembled battery 100. If the output of the assembled battery 100 is limited, it is possible to suppress an uneven salt concentration. Here, since the high rate deterioration occurs due to the salt concentration unevenness, the high rate deterioration can be suppressed by suppressing the salt concentration unevenness.
このように組電池100の出力を制限することにより、閾値Eよりも小さくなる方向に、積算値ΣDex(N)を変化させることができる。一方、積算値ΣDex(N)が閾値Eに到達するまでは、出力制限値Wout_limが最大値Wout_maxに設定されたままであるため、組電池100の出力電力を最大限に確保することができる。 By limiting the output of the assembled battery 100 in this way, the integrated value ΣDex (N) can be changed in a direction smaller than the threshold value E. On the other hand, the output limit value Wout_lim remains set at the maximum value Wout_max until the integrated value ΣDex (N) reaches the threshold value E, so that the output power of the assembled battery 100 can be ensured to the maximum.
本実施例では、サイクルタイムΔtごとに評価値D(N)をメモリ300aに記憶し、メモリ300aに記憶された前回(直近)の評価値D(N−1)を用いて、今回の評価値D(N)を算出しているが、これに限るものではない。例えば、電流値Ibの履歴に基づいて、評価値D(N)を算出することができる。 In the present embodiment, the evaluation value D (N) is stored in the memory 300a for each cycle time Δt, and the current evaluation value D (N−1) is stored using the previous (most recent) evaluation value D (N−1) stored in the memory 300a. Although D (N) is calculated, the present invention is not limited to this. For example, the evaluation value D (N) can be calculated based on the history of the current value Ib.
電流値Ibが変化することに応じて、評価値D(N)が変化するため、電流値Ibの履歴を取得しておけば、評価値D(N)を算出することができる。例えば、電流値Ibの履歴だけをメモリ300aに記憶しておき、電流値Ibの履歴を用いて、特定のサイクルタイムΔtにおける評価値D(N)を算出することができる。 Since the evaluation value D (N) changes according to the change in the current value Ib, the evaluation value D (N) can be calculated if the history of the current value Ib is acquired. For example, only the history of the current value Ib can be stored in the memory 300a, and the evaluation value D (N) at a specific cycle time Δt can be calculated using the history of the current value Ib.
また、本実施例では、積算値ΣDex(N)が閾値Eを超えたときに、組電池100の出力を制限しているが、これに限るものではない。具体的には、評価値D(N)が目標値Dtar(+)を超えたときに、組電池100の出力を制限することができる。組電池100の出力を制限するときには、上記式(5)と同様に、出力制限値Wout_limを算出することができる。 Further, in this embodiment, when the integrated value ΣDex (N) exceeds the threshold value E, the output of the assembled battery 100 is limited. However, the present invention is not limited to this. Specifically, when the evaluation value D (N) exceeds the target value Dtar (+), the output of the assembled battery 100 can be limited. When limiting the output of the assembled battery 100, the output limit value Wout_lim can be calculated in the same manner as in the above equation (5).
具体的には、上記式(5)において、閾値Eの代わりに目標値Dtar(+)を用い、積算値ΣDex(N)の代わりに評価値D(N)を用いることができる。評価値D(N)が目標値Dtar(+)を超えることに応じて、組電池100の出力を制限するときには、閾値Eを変更する場合と同様に、抵抗変化率grの変化に応じて、目標値Dtar(+)を変更することができる。 Specifically, in the above formula (5), the target value Dtar (+) can be used instead of the threshold value E, and the evaluation value D (N) can be used instead of the integrated value ΣDex (N). When the output of the battery pack 100 is limited in response to the evaluation value D (N) exceeding the target value Dtar (+), as in the case of changing the threshold value E, according to the change in the resistance change rate gr, The target value Dtar (+) can be changed.
次に、閾値Eを変更する処理について説明する。本実施例では、以下に説明するように、二次電池1の抵抗変化率grを算出し、抵抗変化率grおよび閾値Rの関係に応じて、閾値Eを変更している。ここで、閾値(本発明の第2閾値に相当する)Rは、抵抗変化率grに関する値である。 Next, processing for changing the threshold value E will be described. In the present embodiment, as will be described below, the resistance change rate gr of the secondary battery 1 is calculated, and the threshold value E is changed according to the relationship between the resistance change rate gr and the threshold value R. Here, the threshold value (corresponding to the second threshold value of the present invention) R is a value related to the resistance change rate gr.
まず、抵抗変化率grは、下記式(6)で表すことができる。 First, the resistance change rate gr can be expressed by the following formula (6).
上記式(6)において、Riniは、二次電池1が初期状態にあるときの内部抵抗であり、Rcは、現在の二次電池1の内部抵抗である。初期状態とは、二次電池1が劣化していない状態であり、例えば、二次電池1を製造した直後の状態である。二次電池1が劣化していないときには、二次電池1の内部抵抗がRiniとなり、抵抗変化率grは、「1」のままである。一般的に、二次電池1を使用し続けるほど、二次電池1の内部抵抗が上昇するため、二次電池1を使用し続ければ、抵抗変化率grは「1」よりも大きくなる。 In the above formula (6), Rini is the internal resistance when the secondary battery 1 is in the initial state, and Rc is the current internal resistance of the secondary battery 1. The initial state is a state in which the secondary battery 1 is not deteriorated, for example, a state immediately after the secondary battery 1 is manufactured. When the secondary battery 1 is not deteriorated, the internal resistance of the secondary battery 1 is Rini, and the resistance change rate gr remains “1”. Generally, as the secondary battery 1 continues to be used, the internal resistance of the secondary battery 1 increases. Therefore, if the secondary battery 1 is used continuously, the resistance change rate gr becomes larger than “1”.
内部抵抗Riniは、予め求めておくことができ、内部抵抗Riniに関する情報は、メモリ300aに記憶しておくことができる。内部抵抗Rcは、後述するように、二次電池1の電流値Ibや電圧値Vbに基づいて算出することができる。内部抵抗Rcを算出すれば、抵抗変化率grを算出することができる。 The internal resistance Rini can be obtained in advance, and information regarding the internal resistance Rini can be stored in the memory 300a. The internal resistance Rc can be calculated based on the current value Ib and the voltage value Vb of the secondary battery 1 as will be described later. If the internal resistance Rc is calculated, the resistance change rate gr can be calculated.
本実施例では、上記式(6)から算出された抵抗変化率grが閾値Rよりも大きくなったことを確認した後に、ハイレート劣化を抑制する制御が開始される。ここで、閾値Rは、二次電池1の使用(充放電)を許容することができる抵抗変化率grの最大値を基準として設定される値である。二次電池1の抵抗変化率grが最大値に到達したとき、二次電池1は、使用できない状態となる。 In the present embodiment, after confirming that the resistance change rate gr calculated from the above equation (6) is larger than the threshold value R, the control for suppressing the high rate deterioration is started. Here, the threshold value R is a value set on the basis of the maximum value of the resistance change rate gr that can permit the use (charge / discharge) of the secondary battery 1. When the resistance change rate gr of the secondary battery 1 reaches the maximum value, the secondary battery 1 becomes unusable.
具体的には、抵抗変化率grの最大値を閾値Rとしてもよいし、抵抗変化率grの最大値よりも所定値だけ低い値を閾値Rとしてもよい。ここで、閾値Rとして、抵抗変化率grの最大値よりも低い値に設定しておけば、閾値Rおよび最大値の間にマージンを設けることができ、実際の抵抗変化率grが最大値を超えてしまうことを抑制できる。閾値Rは、二次電池1の入出力特性などを考慮して、予め設定することができ、閾値Rに関する情報は、メモリ300aに記憶しておくことができる。 Specifically, the maximum value of the resistance change rate gr may be set as the threshold value R, and a value lower than the maximum value of the resistance change rate gr by a predetermined value may be set as the threshold value R. Here, if the threshold value R is set to a value lower than the maximum value of the resistance change rate gr, a margin can be provided between the threshold value R and the maximum value, and the actual resistance change rate gr has the maximum value. It can suppress exceeding. The threshold value R can be set in advance in consideration of the input / output characteristics of the secondary battery 1 and the information on the threshold value R can be stored in the memory 300a.
二次電池1の内部抵抗は、二次電池1の温度やSOCに応じて変化する。このため、抵抗変化率grに関する閾値Rも、二次電池1の温度TbやSOCに応じて設定しておくことができる。具体的には、閾値Rと、電池温度TbおよびSOCの少なくとも一方との対応関係を示すマップを、実験などによって予め定めておくことができる。 The internal resistance of the secondary battery 1 changes according to the temperature and SOC of the secondary battery 1. For this reason, the threshold value R regarding the resistance change rate gr can also be set according to the temperature Tb and SOC of the secondary battery 1. Specifically, a map indicating a correspondence relationship between the threshold value R and at least one of the battery temperature Tb and the SOC can be determined in advance by an experiment or the like.
このマップを用いれば、電池温度TbおよびSOCの少なくとも一方を特定することにより、電池温度TbおよびSOCの少なくとも一方に対応する閾値Rを特定することができる。なお、閾値Rと、電池温度TbおよびSOCの少なくとも一方との対応関係を示すマップは、メモリ300aに記憶しておくことができる。 Using this map, by specifying at least one of battery temperature Tb and SOC, threshold R corresponding to at least one of battery temperature Tb and SOC can be specified. Note that a map indicating the correspondence relationship between the threshold value R and at least one of the battery temperature Tb and the SOC can be stored in the memory 300a.
二次電池1の内部抵抗には、上述したハイレート劣化に伴う内部抵抗の他に、摩耗劣化に伴う内部抵抗が含まれる。摩耗劣化とは、二次電池1を使用し続けることにより、二次電池1を構成する材料が劣化することである。摩耗劣化によって、二次電池1の内部抵抗が上昇すれば、抵抗変化率grも上昇する。一方、ハイレート劣化は塩濃度の偏りによって発生するため、塩濃度の偏りが緩和されれば、ハイレート劣化に伴う内部抵抗が低下し、抵抗変化率grも低下する。 The internal resistance of the secondary battery 1 includes internal resistance accompanying wear deterioration in addition to the internal resistance accompanying high rate deterioration described above. The wear deterioration is a deterioration of the material constituting the secondary battery 1 by continuing to use the secondary battery 1. If the internal resistance of the secondary battery 1 increases due to wear deterioration, the resistance change rate gr also increases. On the other hand, since the high rate deterioration occurs due to the salt concentration unevenness, if the salt concentration unevenness is alleviated, the internal resistance accompanying the high rate deterioration is reduced, and the resistance change rate gr is also reduced.
このため、二次電池1の劣化状態にハイレート劣化および摩耗劣化が混在しているとき、抵抗変化率grは、上昇したり、低下したりする。摩耗劣化は、解消しない劣化成分であるため、摩耗劣化に伴う内部抵抗は、上昇し続ける。一方、ハイレート劣化に伴う内部抵抗は、塩濃度の偏りに応じて、上昇したり、低下したりする。したがって、ハイレート劣化および摩耗劣化が混在する二次電池1では、抵抗変化率grが上昇したり、低下したりする。 For this reason, when the high-rate deterioration and the wear deterioration are mixed in the deterioration state of the secondary battery 1, the resistance change rate gr increases or decreases. Since wear deterioration is a deteriorating component that cannot be eliminated, the internal resistance accompanying wear deterioration continues to rise. On the other hand, the internal resistance accompanying high-rate deterioration increases or decreases depending on the salt concentration bias. Therefore, in the secondary battery 1 in which high rate deterioration and wear deterioration coexist, the resistance change rate gr increases or decreases.
本実施例において、コントローラ300は、抵抗変化率grが閾値Rを超えるまでは、閾値Eを上昇させるようにしている。そして、抵抗変化率grが閾値Rを超えたとき、コントローラ300は、閾値Eを低下させるようにしている。 In the present embodiment, the controller 300 increases the threshold E until the resistance change rate gr exceeds the threshold R. When the resistance change rate gr exceeds the threshold value R, the controller 300 reduces the threshold value E.
抵抗変化率grが閾値Rに到達していなければ、ハイレート劣化に伴う内部抵抗の上昇を許容することができる。すなわち、抵抗変化率grが閾値Rを超えていなければ、二次電池1の出力制限を緩和することができる。上述したように、二次電池1の出力制限値Wout_limは、積算値ΣDex(N)および閾値Eの大小関係に応じて設定される。 If the resistance change rate gr does not reach the threshold value R, an increase in internal resistance due to high rate deterioration can be allowed. That is, if the resistance change rate gr does not exceed the threshold value R, the output restriction of the secondary battery 1 can be relaxed. As described above, the output limit value Wout_lim of the secondary battery 1 is set according to the magnitude relationship between the integrated value ΣDex (N) and the threshold value E.
ここで、閾値Eを上昇させれば、積算値ΣDex(N)が閾値Eに到達しにくくなり、二次電池1の出力制限が行われなくなる。すなわち、二次電池1の出力制限値Wout_limを最大値Wout_maxに設定することができる。したがって、抵抗変化率grが閾値Rに到達していないときには、閾値Eを上昇させることができる。このように、閾値Eを上昇させて、二次電池1の出力制限を緩和することにより、二次電池1の出力性能を向上させることができる。 Here, if the threshold value E is raised, the integrated value ΣDex (N) does not easily reach the threshold value E, and the output of the secondary battery 1 is not limited. That is, the output limit value Wout_lim of the secondary battery 1 can be set to the maximum value Wout_max. Therefore, when the resistance change rate gr does not reach the threshold value R, the threshold value E can be increased. Thus, the output performance of the secondary battery 1 can be improved by increasing the threshold value E and relaxing the output restriction of the secondary battery 1.
なお、抵抗変化率grに基づいて、目標値Dtar(+)を変更する場合には、抵抗変化率grが閾値Rに到達していない間において、目標値Dtar(+)を上昇させることができる。目標値Dtar(+)を上昇させれば、評価値D(N)が目標値Dtar(+)を超えにくくなり、二次電池1の出力が制限されることを抑制できる。すなわち、評価値D(N)が目標値Dtar(+)を超えていなければ、出力制限値Wout_limを最大値Wout_maxに設定することができ、二次電池1の出力性能を向上させることができる。 When the target value Dtar (+) is changed based on the resistance change rate gr, the target value Dtar (+) can be increased while the resistance change rate gr has not reached the threshold value R. . If the target value Dtar (+) is increased, the evaluation value D (N) is less likely to exceed the target value Dtar (+), and the output of the secondary battery 1 can be suppressed from being limited. That is, if the evaluation value D (N) does not exceed the target value Dtar (+), the output limit value Wout_lim can be set to the maximum value Wout_max, and the output performance of the secondary battery 1 can be improved.
図2および図3に示す制御を行うときにおいて、閾値Eを固定値に設定してしまうと、二次電池1の出力が過度に制限されてしまうことがある。二次電池1には、製造バラツキが発生することがあり、この製造バラツキに起因して、二次電池1の劣化状態にもバラツキが発生することがある。製造された、すべての二次電池1を保護しようとするときには、想定上、最も劣化しやすい二次電池1を基準として、閾値(固定値)Eを設定することができる。また、劣化状態がばらつく複数の二次電池1の中で、例えば、劣化状態が中央値を示す二次電池1を基準として、閾値(固定値)Eを設定することができる。 When the control shown in FIGS. 2 and 3 is performed, if the threshold value E is set to a fixed value, the output of the secondary battery 1 may be excessively limited. Manufacturing variations may occur in the secondary battery 1, and variations may also occur in the deterioration state of the secondary battery 1 due to the manufacturing variations. When all the manufactured secondary batteries 1 are to be protected, a threshold value (fixed value) E can be set with reference to the secondary battery 1 that is most likely to deteriorate. Further, among the plurality of secondary batteries 1 whose deterioration states vary, for example, the threshold value (fixed value) E can be set with reference to the secondary battery 1 whose deterioration state shows a median value.
上述したように、二次電池1の劣化状態にバラツキが発生しているときには、積算値ΣDex(N)が閾値(固定値)Eに到達していても、二次電池1によっては、ハイレート劣化を更に許容することができることがある。ハイレート劣化を許容することができるにもかかわらず、積算値ΣDex(N)が閾値(固定値)Eに到達することに応じて、二次電池1の出力を制限してしまうと、二次電池1の出力性能を十分に発揮させることができなくなってしまう。この場合には、二次電池1の出力を過度に制限していることになり、二次電池1の出力性能を向上させることができない。 As described above, when the deterioration state of the secondary battery 1 varies, even if the integrated value ΣDex (N) reaches the threshold value (fixed value) E, depending on the secondary battery 1, high-rate deterioration occurs. May be further tolerated. If the output of the secondary battery 1 is limited in response to the integrated value ΣDex (N) reaching the threshold value (fixed value) E, although the high-rate deterioration can be allowed, the secondary battery The output performance of 1 cannot be fully exhibited. In this case, the output of the secondary battery 1 is excessively limited, and the output performance of the secondary battery 1 cannot be improved.
そこで、本実施例では、実際の二次電池1の劣化状態を示す抵抗変化率grを監視し、抵抗変化率grが閾値Rを到達していなければ、閾値Eを上昇させるようにしている。このように閾値Eを変更すれば、実際の二次電池1の劣化状態を考慮して、出力制御を行うことができる。これにより、二次電池1の抵抗変化率grが閾値Rよりも低いことを確認して二次電池1を保護しながら、二次電池1の出力性能を最大限に発揮させることができる。 Therefore, in this embodiment, the resistance change rate gr indicating the actual deterioration state of the secondary battery 1 is monitored, and if the resistance change rate gr does not reach the threshold value R, the threshold value E is increased. If the threshold value E is changed in this way, output control can be performed in consideration of the actual deterioration state of the secondary battery 1. Accordingly, it is possible to maximize the output performance of the secondary battery 1 while confirming that the resistance change rate gr of the secondary battery 1 is lower than the threshold value R and protecting the secondary battery 1.
閾値Eを変更する処理について、図7に示すフローチャートを用いて説明する。ここで、図7に示す処理は、コントローラ300によって実行される。また、図7に示す処理は、図2および図3に示す処理が行われる周期(サイクルタイムΔt)で行うことができる。 The process for changing the threshold value E will be described with reference to the flowchart shown in FIG. Here, the process shown in FIG. 7 is executed by the controller 300. Further, the process shown in FIG. 7 can be performed at a cycle (cycle time Δt) in which the processes shown in FIGS. 2 and 3 are performed.
ステップS201において、コントローラ300は、二次電池1の抵抗変化率grを算出する。ここで、抵抗変化率grを算出する方法については、後述する。ステップS202において、コントローラ300は、ステップS201の処理で算出した抵抗変化率grが閾値Rよりも高いか否かを判別する。抵抗変化率grが閾値Rよりも高いとき、コントローラ300は、ステップS203の処理を行う。一方、抵抗変化率grが閾値Rよりも低いとき、コントローラ300は、ステップS204の処理を行う。 In step S201, the controller 300 calculates the resistance change rate gr of the secondary battery 1. Here, a method of calculating the resistance change rate gr will be described later. In step S202, the controller 300 determines whether or not the resistance change rate gr calculated in the process of step S201 is higher than the threshold value R. When the resistance change rate gr is higher than the threshold value R, the controller 300 performs the process of step S203. On the other hand, when the resistance change rate gr is lower than the threshold value R, the controller 300 performs the process of step S204.
ステップS203において、コントローラ300は、今回設定される閾値Eを、前回設定された閾値Eよりも低下させる。ここで、閾値Eを低下させる量は、適宜設定することができる。閾値Eを低下させすぎると、積算値ΣDex(N)が閾値Eに到達しやすくなり、出力制限値Wout_limが過度に低下しやすくなる。これにより、例えば、二次電池1の出力を用いて車両を走行させるときのドライバビリティに悪影響を与えてしまうおそれがある。 In step S203, the controller 300 lowers the threshold value E set this time lower than the threshold value E set last time. Here, the amount by which the threshold value E is lowered can be set as appropriate. If the threshold value E is lowered too much, the integrated value ΣDex (N) easily reaches the threshold value E, and the output limit value Wout_lim tends to fall excessively. Thereby, for example, the drivability when the vehicle is driven using the output of the secondary battery 1 may be adversely affected.
このため、抵抗変化率grが閾値Rに対して低下していることを確認しながら、閾値Eを徐々に低下させることが好ましい。例えば、閾値Eは、一定の変化率で低下させることができる。また、閾値Eの変化率(低下率)を異ならせることもできる。ここで、抵抗変化率grおよび閾値Rの差分が小さくなるほど、閾値Eの変化率(低下率)を高くすることができる。言い換えれば、抵抗変化率grおよび閾値Rの差分が大きくなるほど、閾値Eの変化率(低下率)を低くすることができる。 For this reason, it is preferable to gradually lower the threshold E while confirming that the resistance change rate gr is lower than the threshold R. For example, the threshold value E can be lowered at a constant rate of change. Moreover, the change rate (decrease rate) of the threshold value E can be varied. Here, as the difference between the resistance change rate gr and the threshold value R decreases, the change rate (decrease rate) of the threshold value E can be increased. In other words, as the difference between the resistance change rate gr and the threshold value R increases, the change rate (decrease rate) of the threshold value E can be lowered.
ステップS204において、コントローラ300は、今回設定される閾値Eを、前回設定された閾値Eよりも上昇させる。ここで、閾値Eを上昇させる量は、適宜設定することができる。例えば、閾値Eは、一定の変化率で上昇させることができる。また、閾値Eの変化率(上昇率)を異ならせることもできる。例えば、抵抗変化率grおよび閾値Rの差分が大きくなるほど、閾値Eの変化率(上昇率)を高くすることができる。言い換えれば、抵抗変化率grおよび閾値Rの差分が小さくなるほど、閾値Eの変化率(上昇率)を低くすることができる。 In step S204, the controller 300 raises the threshold value E set this time higher than the threshold value E set last time. Here, the amount by which the threshold value E is raised can be set as appropriate. For example, the threshold E can be increased at a constant rate of change. Further, the change rate (increase rate) of the threshold value E can be varied. For example, as the difference between the resistance change rate gr and the threshold value R increases, the change rate (rise rate) of the threshold value E can be increased. In other words, the smaller the difference between the resistance change rate gr and the threshold value R, the lower the change rate (rising rate) of the threshold value E.
ステップS205において、コントローラ300は、閾値Eを設定する。閾値Eの設定内容は、ステップS203又はステップS204の処理に応じて異なる。設定された閾値Eに関する情報は、メモリ300aに記憶され、図2及び図3に示す処理を次回行うときに用いられる。図7に示す処理では、抵抗変化率grが閾値Rを超えることに応じて、閾値Eを低下させる制御(フィードバック制御)が行われる。 In step S205, the controller 300 sets a threshold value E. The setting content of the threshold value E differs depending on the processing in step S203 or step S204. Information on the set threshold value E is stored in the memory 300a and is used when the processing shown in FIGS. 2 and 3 is performed next time. In the processing shown in FIG. 7, control (feedback control) for decreasing the threshold E is performed in response to the resistance change rate gr exceeding the threshold R.
図8には、図2,図3および図7に示す処理を行ったときの抵抗変化率grおよび閾値Eの変化(一例)を示す。図8に示すように、二次電池1が初期状態(時間0)にあるとき、抵抗変化率grは「1」である。また、二次電池1が初期状態(時間0)にあるとき、閾値Eは、初期値E_iniに設定されている。初期値E_iniは、適宜設定することができる。 FIG. 8 shows changes (one example) in the resistance change rate gr and the threshold value E when the processes shown in FIGS. 2, 3, and 7 are performed. As shown in FIG. 8, when the secondary battery 1 is in the initial state (time 0), the resistance change rate gr is “1”. When the secondary battery 1 is in the initial state (time 0), the threshold value E is set to the initial value E_ini. The initial value E_ini can be set as appropriate.
例えば、上述したように、最も劣化しやすい二次電池1を基準として、初期値E_iniを設定することができる。また、劣化状態が中央値を示す二次電池1を基準として、初期値E_iniを設定することができる。初期値E_iniに関する情報は、メモリ300aに記憶しておくことができる。 For example, as described above, the initial value E_ini can be set based on the secondary battery 1 that is most likely to deteriorate. Further, the initial value E_ini can be set with reference to the secondary battery 1 whose deterioration state shows the median value. Information regarding the initial value E_ini can be stored in the memory 300a.
時間0から時間t1までは、抵抗変化率grが上昇せず、「1」のままである。また、時間0から時間t1までの間、閾値Eは、初期値E_iniのままである。そして、時間t1以降において、抵抗変化率grが「1」よりも上昇すると、閾値Eは、初期値E_iniよりも上昇する。 From time 0 to time t1, the resistance change rate gr does not increase and remains “1”. Further, the threshold value E remains at the initial value E_ini from time 0 to time t1. Then, after the time t1, when the resistance change rate gr rises above “1”, the threshold E rises above the initial value E_ini.
本実施例では、抵抗変化率grが「1」よりも高くなったときに、閾値Eを上昇させているが、これに限るものではない。具体的には、抵抗変化率grが「1」のままであっても、閾値Eを上昇させ始めることができる。図8に示す例では、抵抗変化率grが「1」よりも上昇したことを確認した後に、閾値Eを上昇させている。 In this embodiment, the threshold value E is increased when the resistance change rate gr is higher than “1”, but the present invention is not limited to this. Specifically, even if the resistance change rate gr remains “1”, the threshold value E can be started to increase. In the example shown in FIG. 8, the threshold E is raised after confirming that the resistance change rate gr has risen above “1”.
時間t1以降では、抵抗変化率grが上昇し続けているが、抵抗変化率grは、閾値Rに到達していない。このため、閾値Eは、初期値E_iniに対して上昇し続ける。時間t2において、抵抗変化率grが閾値Rに到達すると、閾値Eは低下し始める。上述したように、閾値Eを低下させることにより、二次電池1の出力が制限されやすくなる。 After time t1, the resistance change rate gr continues to increase, but the resistance change rate gr does not reach the threshold value R. For this reason, the threshold value E continues to rise with respect to the initial value E_ini. When the resistance change rate gr reaches the threshold value R at time t2, the threshold value E starts to decrease. As described above, by reducing the threshold value E, the output of the secondary battery 1 is easily limited.
二次電池1の出力を制限すれば、ハイレート劣化に伴う内部抵抗を低下させやすくなり、抵抗変化率grを低下させやすくなる。図8に示す例では、時間t2以降において、閾値Eを低下させることにより、抵抗変化率grが低下して、閾値Rから離れる。 If the output of the secondary battery 1 is limited, the internal resistance due to the high rate deterioration is easily lowered, and the resistance change rate gr is easily lowered. In the example illustrated in FIG. 8, the resistance change rate gr is decreased and departed from the threshold R by decreasing the threshold E after the time t2.
抵抗変化率grが低下し、時間t3において、抵抗変化率grが閾値Rから所定量だけ離れたことを確認すれば、閾値Eを低下させる処理を停止させることができる。すなわち、時間t3以降では、閾値Eの低下処理を停止させたときの値に、閾値Eを維持することができる。そして、抵抗変化率grが閾値Rよりも低いことを確認すれば、閾値Eを上昇させることができる。図8に示す例では、時間t4よりも前に、閾値Eを上昇させている。 If it is confirmed that the resistance change rate gr is reduced and the resistance change rate gr is separated from the threshold value R by a predetermined amount at time t3, the process of reducing the threshold value E can be stopped. That is, after time t3, the threshold value E can be maintained at the value when the threshold value E lowering process is stopped. Then, if it is confirmed that the resistance change rate gr is lower than the threshold value R, the threshold value E can be increased. In the example shown in FIG. 8, the threshold value E is raised before time t4.
時間t4において、抵抗変化率grが閾値Rに到達すれば、上述したように、閾値Eの上昇が停止し、閾値Eは低下し始める。ここで、抵抗変化率grが閾値Rに到達したときに、閾値Eを上昇させる処理を停止させ、このときの値に閾値Eを維持することもできる。ただし、この場合には、抵抗変化率grが閾値Rを超えやすい状態となってしまう。このため、図8に示すように、抵抗変化率grが閾値Rに到達した後には、抵抗変化率grが閾値Rに対して所定量だけ低下するまで、閾値Eを低下させることが好ましい。 When the resistance change rate gr reaches the threshold value R at time t4, as described above, the increase in the threshold value E stops and the threshold value E starts to decrease. Here, when the resistance change rate gr reaches the threshold value R, the process of increasing the threshold value E is stopped, and the threshold value E can be maintained at this value. However, in this case, the resistance change rate gr tends to exceed the threshold value R. For this reason, as shown in FIG. 8, after the resistance change rate gr reaches the threshold value R, it is preferable to lower the threshold value E until the resistance change rate gr decreases by a predetermined amount with respect to the threshold value R.
また、抵抗変化率grが閾値Rを超えてしまっても、抵抗変化率grが閾値Rに到達したときに設定されている閾値Eに基づいて、図2および図3に示す出力制御が行われているため、抵抗変化率grが急激に上昇してしまうことを抑制できる。 Even if the resistance change rate gr exceeds the threshold value R, the output control shown in FIGS. 2 and 3 is performed based on the threshold value E set when the resistance change rate gr reaches the threshold value R. Therefore, it is possible to suppress the resistance change rate gr from rapidly increasing.
仮に、抵抗変化率grが急激に上昇したときには、これに応じた出力制限を行わなければならず、出力制限値Wout_limが急激に低下してしまうことがある。この場合には、二次電池1の出力を用いて車両を走行させるときのドライバビリティに悪影響を与えてしまうことがある。本実施例のように、抵抗変化率grの急激な上昇を抑制すれば、出力制限値Wout_limの急激な低下を抑制することができる。これにより、ドライバビリティに対する悪影響を低減することができる。 If the resistance change rate gr suddenly increases, the output limit corresponding to this must be performed, and the output limit value Wout_lim may decrease rapidly. In this case, the drivability when the vehicle is driven using the output of the secondary battery 1 may be adversely affected. If a rapid increase in the resistance change rate gr is suppressed as in the present embodiment, a rapid decrease in the output limit value Wout_lim can be suppressed. Thereby, the bad influence with respect to drivability can be reduced.
本実施例では、抵抗変化率grを算出し、抵抗変化率grに基づいて、閾値Eを変更しているが、これに限るものではない。上記式(6)を用いて説明したように、抵抗変化率grは、二次電池1が初期状態にあるときの内部抵抗Riniと、現在の二次電池1の内部抵抗Rcとから算出される。ここで、抵抗変化率grは、内部抵抗Rcに応じて変化する。このため、抵抗変化率grの代わりに、内部抵抗Rcに基づいて、閾値Eを変更することもできる。 In this embodiment, the resistance change rate gr is calculated, and the threshold value E is changed based on the resistance change rate gr. However, the present invention is not limited to this. As described using the above formula (6), the resistance change rate gr is calculated from the internal resistance Rini when the secondary battery 1 is in the initial state and the current internal resistance Rc of the secondary battery 1. . Here, the resistance change rate gr changes in accordance with the internal resistance Rc. For this reason, the threshold value E can be changed based on the internal resistance Rc instead of the resistance change rate gr.
内部抵抗Rcに基づいて閾値Eを変更するときには、閾値Rの代わりに、閾値Rに相当する二次電池1の内部抵抗を用いることができる。二次電池1が初期状態にあるときの内部抵抗Riniが分かれば、閾値Rに相当する内部抵抗を特定することができる。 When the threshold value E is changed based on the internal resistance Rc, the internal resistance of the secondary battery 1 corresponding to the threshold value R can be used instead of the threshold value R. If the internal resistance Rini when the secondary battery 1 is in the initial state is known, the internal resistance corresponding to the threshold value R can be specified.
次に、抵抗変化率grを算出する方法について説明する。上述したように、二次電池1の劣化には、ハイレート劣化および摩耗劣化が混在している。このため、二次電池1の内部低抵抗Rcを算出すれば、ハイレート劣化および摩耗劣化に起因した抵抗変化率grを算出することができる。一方、摩耗劣化に起因する抵抗変化率grを特定(推定)すれば、ハイレート劣化に起因する抵抗変化率grを算出することができる。 Next, a method for calculating the resistance change rate gr will be described. As described above, the deterioration of the secondary battery 1 is a mixture of high-rate deterioration and wear deterioration. For this reason, if the internal low resistance Rc of the secondary battery 1 is calculated, it is possible to calculate the resistance change rate gr due to the high rate deterioration and wear deterioration. On the other hand, if the resistance change rate gr caused by wear deterioration is specified (estimated), the resistance change rate gr caused by high rate deterioration can be calculated.
図7に示す処理では、抵抗変化率grとして、ハイレート劣化および摩耗劣化に起因する抵抗変化率grを用いたり、ハイレート劣化に起因する抵抗変化率grを用いたりすることができる。ここで、抵抗変化率grの低下は、ハイレート劣化の解消に起因するため、閾値Eの変更に用いられる抵抗変化率grとしては、ハイレート劣化を含む抵抗変化率grを用いればよい。 In the process shown in FIG. 7, the resistance change rate gr caused by high rate deterioration and wear deterioration can be used as the resistance change rate gr, or the resistance change rate gr caused by high rate deterioration can be used. Here, since the decrease in the resistance change rate gr is due to the elimination of the high rate deterioration, the resistance change rate gr including the high rate deterioration may be used as the resistance change rate gr used for changing the threshold value E.
ここで、抵抗変化率grの内容に応じて、閾値Rを適宜設定すればよい。ハイレート劣化および摩耗劣化に起因する抵抗変化率grを用いたときの閾値Rは、ハイレート劣化に起因する抵抗変化率grを用いたときの閾値Rよりも高くなる。 Here, the threshold value R may be appropriately set according to the content of the resistance change rate gr. The threshold value R when the resistance change rate gr caused by high rate deterioration and wear deterioration is higher than the threshold value R when the resistance change rate gr caused by high rate deterioration is used.
二次電池1の内部抵抗Rcは、二次電池1の電流値Ibおよび電圧値Vbから算出することができる。具体的には、二次電池1を充放電しているときにおいて、電流センサ202の出力に基づいて電流値Ibを検出するとともに、監視ユニット201の出力に基づいて電圧値Vbを検出する。そして、電流値Ibおよび電圧値Vbを座標軸とした座標系において、検出した電流値Ibおよび電圧値Vbの関係をプロットする。 The internal resistance Rc of the secondary battery 1 can be calculated from the current value Ib and the voltage value Vb of the secondary battery 1. Specifically, when the secondary battery 1 is being charged / discharged, the current value Ib is detected based on the output of the current sensor 202 and the voltage value Vb is detected based on the output of the monitoring unit 201. Then, the relationship between the detected current value Ib and the voltage value Vb is plotted in a coordinate system having the current value Ib and the voltage value Vb as coordinate axes.
二次電池1を充放電しているときには、電流値Ibが分散するため、座標系にプロットされた複数の点(Ib−Vbの関係)に近似する直線を算出すれば、近似直線の傾きが二次電池1の内部抵抗Rcとなる。二次電池1が初期状態にあるときの内部抵抗Riniを予め測定しておけば、内部抵抗Rcを算出するたびに、抵抗変化率grを算出することができる。 When the secondary battery 1 is being charged / discharged, the current value Ib is dispersed. Therefore, if a straight line approximating a plurality of points (Ib-Vb relationship) plotted in the coordinate system is calculated, the slope of the approximate straight line can be calculated. It becomes the internal resistance Rc of the secondary battery 1. If the internal resistance Rini when the secondary battery 1 is in the initial state is measured in advance, the resistance change rate gr can be calculated every time the internal resistance Rc is calculated.
一方、二次電池1の内部抵抗Rcは、下記式(7)に基づいて算出することもできる。 On the other hand, the internal resistance Rc of the secondary battery 1 can also be calculated based on the following formula (7).
上記式(7)において、CCV(Closed Circuit Voltage)は、通電中の二次電池1の電圧値であり、OCV(Open Circuit Voltage)は、非通電中の二次電池1の電圧値である。Ibは、二次電池1に流れる電流値であり、Rcは、二次電池1の内部抵抗である。 In the above formula (7), CCV (Closed Circuit Voltage) is the voltage value of the secondary battery 1 that is energized, and OCV (Open Circuit Voltage) is the voltage value of the secondary battery 1 that is not energized. Ib is a current value flowing through the secondary battery 1, and Rc is an internal resistance of the secondary battery 1.
上記式(7)によれば、二次電池1を充電又は放電しているとき、電圧値CCVは、電圧値OCVに対して、「Ib×Rc」の分だけ変化する。具体的には、充電時の電流値Ibは負の値となるため、二次電池1を充電しているときの電圧値CCVは、電圧値OCVに対して、「Ib×Rc」の分だけ上昇する。また、放電時の電流値Ibは正の値となるため、二次電池1を放電しているときの電圧値CCVは、電圧値OCVに対して、「Ib×Rc」の分だけ低下する。 According to the above formula (7), when the secondary battery 1 is charged or discharged, the voltage value CCV changes by “Ib × Rc” with respect to the voltage value OCV. Specifically, since the current value Ib at the time of charging is a negative value, the voltage value CCV when charging the secondary battery 1 is equivalent to “Ib × Rc” with respect to the voltage value OCV. To rise. Further, since the current value Ib at the time of discharging is a positive value, the voltage value CCV when the secondary battery 1 is discharged is reduced by “Ib × Rc” with respect to the voltage value OCV.
上記式(7)によれば、電圧値CCV,OCVおよび電流値Ibを検出することにより、内部抵抗Rcを算出することができる。二次電池1を充放電せずに、放置している状態であれば、二次電池1の電圧値OCVを測定することができる。 According to the above equation (7), the internal resistance Rc can be calculated by detecting the voltage values CCV, OCV and the current value Ib. If the secondary battery 1 is left without being charged / discharged, the voltage value OCV of the secondary battery 1 can be measured.
ここで、二次電池1には、通電に伴う分極が発生するため、分極が解消されている状態において、二次電池1の電圧値OCVを測定することが好ましい。例えば、分極が解消される時間(分極解消時間)を実験などによって予め求めておけば、二次電池1の通電を停止してから分極解消時間が経過した後に、二次電池1の電圧値OCVを測定することができる。 Here, since the secondary battery 1 is polarized due to energization, it is preferable to measure the voltage value OCV of the secondary battery 1 in a state where the polarization is eliminated. For example, if the time during which polarization is eliminated (polarization elimination time) is obtained in advance by experiment or the like, the voltage value OCV of the secondary battery 1 after the polarization elimination time has elapsed after the energization of the secondary battery 1 is stopped. Can be measured.
二次電池1の電圧値OCVを測定した後に、一定の電流値Ibで二次電池1を充電又は放電すれば、二次電池1の電圧値CCVを検出することができる。二次電池1の通電前に測定した電圧値OCVと、二次電池1を充電又は放電しているときに検出した電流値(一定値)Ibおよび電圧値CCVとを、上記式(7)に代入すれば、内部抵抗Rcを算出することができる。 After the voltage value OCV of the secondary battery 1 is measured, if the secondary battery 1 is charged or discharged with a constant current value Ib, the voltage value CCV of the secondary battery 1 can be detected. The voltage value OCV measured before energization of the secondary battery 1 and the current value (constant value) Ib and the voltage value CCV detected when the secondary battery 1 is charged or discharged are expressed by the above equation (7). If substituted, the internal resistance Rc can be calculated.
外部電源からの電力を用いて、二次電池1を充電するときには、定電流の下で二次電池1の充電が行われる。このため、二次電池1を充電する前又は後に、二次電池1の電圧値OCVを測定し、二次電池1を充電したときの電圧値CCVを検出すれば、上記式(7)に基づいて、二次電池1の内部抵抗Rcを算出することができる。 When the secondary battery 1 is charged using electric power from the external power source, the secondary battery 1 is charged under a constant current. For this reason, if the voltage value OCV of the secondary battery 1 is measured before or after the secondary battery 1 is charged and the voltage value CCV when the secondary battery 1 is charged is detected, the above formula (7) is satisfied. Thus, the internal resistance Rc of the secondary battery 1 can be calculated.
二次電池1が初期状態にあるときの内部抵抗Riniを予め求めておけば、上記式(7)を用いて、二次電池1の内部抵抗Rcを算出するたびに、抵抗変化率grを算出することができる。 If the internal resistance Rini when the secondary battery 1 is in the initial state is obtained in advance, the resistance change rate gr is calculated every time the internal resistance Rc of the secondary battery 1 is calculated using the above formula (7). can do.
上述したように算出された内部抵抗Rcは、ハイレート劣化および摩耗劣化を含む二次電池1の内部抵抗となる。ハイレート劣化に伴う内部抵抗を把握するときには、以下に説明するように、ハイレート劣化および摩耗劣化を含む内部抵抗から、摩耗劣化に伴う内部抵抗を減算すればよい。 The internal resistance Rc calculated as described above is the internal resistance of the secondary battery 1 including high rate deterioration and wear deterioration. When grasping the internal resistance associated with high-rate degradation, as described below, the internal resistance associated with wear degradation may be subtracted from the internal resistance including high-rate degradation and wear degradation.
摩耗劣化に伴う内部抵抗は、時間の経過とともに上昇する。このため、実験などによって、摩耗劣化に伴う内部抵抗と、経過時間との関係を予め求めておくことができる。経過時間は、二次電池1を初めて使用してからの時間とすることができる。ここで、摩耗劣化に伴う内部抵抗と経過時間との対応関係を示す情報は、メモリ300aに記憶しておくことができる。 The internal resistance associated with wear deterioration increases with time. For this reason, the relationship between the internal resistance accompanying wear deterioration and the elapsed time can be obtained in advance by experiments or the like. The elapsed time can be the time after the secondary battery 1 is used for the first time. Here, information indicating the correspondence between the internal resistance and the elapsed time due to wear deterioration can be stored in the memory 300a.
現在までの経過時間を計測すれば、この経過時間に対応する、摩耗劣化に伴う内部抵抗を特定することができる。そして、ハイレート劣化および摩耗劣化を含む内部抵抗Rcから、摩耗劣化に伴う内部抵抗を減算すれば、ハイレート劣化に伴う内部抵抗を算出することができる。ここでは、摩耗劣化に伴う内部抵抗を経過時間から推定しているが、以下に説明するように、摩耗劣化に伴う内部抵抗を学習することもできる。 If the elapsed time up to the present is measured, the internal resistance associated with wear deterioration corresponding to the elapsed time can be specified. Then, by subtracting the internal resistance associated with wear degradation from the internal resistance Rc including high rate degradation and wear degradation, the internal resistance associated with high rate degradation can be calculated. Here, the internal resistance associated with wear degradation is estimated from the elapsed time, but as will be described below, the internal resistance associated with wear degradation can also be learned.
ハイレート劣化は、二次電池1の内部における塩濃度の偏りによって発生する。このため、塩濃度の偏りが解消されれば、ハイレート劣化を解消させることができる。塩濃度の偏りは、二次電池1を充放電せずに、放置することによって解消させることができる。そこで、塩濃度の偏りを解消させることができる時間(例えば、最大時間)を実験などによって予め求めておけば、この解消時間が経過することを確認することにより、ハイレート劣化が解消されていることを判別できる。 The high rate deterioration occurs due to a salt concentration unevenness inside the secondary battery 1. For this reason, if the unevenness of the salt concentration is eliminated, the high rate deterioration can be eliminated. The uneven salt concentration can be resolved by leaving the secondary battery 1 without charging / discharging. Therefore, if the time (for example, the maximum time) that can eliminate the uneven concentration of salt is obtained in advance by experiments or the like, the high-rate deterioration is resolved by confirming that this time has passed. Can be determined.
ハイレート劣化が解消していることを確認した後に、上述したように二次電池1の内部抵抗Rcを算出すれば、この内部抵抗Rcは、摩耗劣化に伴う内部抵抗となる。このように、摩耗劣化に伴う内部抵抗を学習しておけば、学習後に算出される内部抵抗Rcに基づいて、ハイレート劣化に伴う内部抵抗を特定することができる。 After confirming that the high-rate deterioration has been eliminated, if the internal resistance Rc of the secondary battery 1 is calculated as described above, the internal resistance Rc becomes an internal resistance accompanying wear deterioration. As described above, if the internal resistance associated with wear deterioration is learned, the internal resistance associated with high-rate deterioration can be specified based on the internal resistance Rc calculated after learning.
具体的には、ハイレート劣化が発生したときに算出される内部抵抗Rcは、摩耗劣化に伴う内部抵抗(学習値)よりも高くなる。このため、算出した内部抵抗Rcから、摩耗劣化に伴う内部抵抗(学習値)を減算すれば、ハイレート劣化に伴う内部抵抗を特定することができる。 Specifically, the internal resistance Rc calculated when high-rate deterioration occurs is higher than the internal resistance (learned value) associated with wear deterioration. For this reason, if the internal resistance (learned value) accompanying wear deterioration is subtracted from the calculated internal resistance Rc, the internal resistance accompanying high-rate deterioration can be specified.
摩耗劣化に伴って内部抵抗が変化する時間は、ハイレート劣化に伴って内部抵抗が変化する時間よりも長い。このため、摩耗劣化に伴う内部抵抗を学習した後では、摩耗劣化に伴う内部抵抗は、ハイレート劣化に伴う内部抵抗よりも変化しにくい。そこで、摩耗劣化に伴う内部抵抗を学習しておけば、上述したように、ハイレート劣化に伴う内部抵抗を特定することができる。ここで、摩耗劣化に伴う内部抵抗を学習しておくことにより、ハイレート劣化に伴う内部抵抗の推定精度を向上させることができる。 The time for the internal resistance to change with wear deterioration is longer than the time for the internal resistance to change with high-rate deterioration. For this reason, after learning the internal resistance associated with wear degradation, the internal resistance associated with wear degradation is less likely to change than the internal resistance associated with high rate degradation. Therefore, if the internal resistance associated with wear deterioration is learned, the internal resistance associated with high-rate deterioration can be specified as described above. Here, by learning the internal resistance associated with wear deterioration, the estimation accuracy of the internal resistance associated with high rate deterioration can be improved.
一方、以下に説明する電池モデルを用いて、二次電池1の抵抗変化率grを算出(推定)することができる。まず、電池モデルについて説明する。 On the other hand, the resistance change rate gr of the secondary battery 1 can be calculated (estimated) using a battery model described below. First, the battery model will be described.
図9は、二次電池1の構成を示す概略図である。二次電池1は、負極(電極ともいう)12と、セパレータ14と、正極(電極ともいう)15とを有する。セパレータ14は、負極12および正極15の間に位置しており、電解液を含んでいる。図9に示す座標軸xは、電極の厚み方向における位置を示す。 FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the secondary battery 1. The secondary battery 1 includes a negative electrode (also referred to as an electrode) 12, a separator 14, and a positive electrode (also referred to as an electrode) 15. The separator 14 is located between the negative electrode 12 and the positive electrode 15 and contains an electrolytic solution. A coordinate axis x shown in FIG. 9 indicates a position in the thickness direction of the electrode.
負極12および正極15のそれぞれは、球状の活物質18の集合体で構成されている。二次電池1を放電するとき、負極12の活物質18の界面上では、リチウムイオンLi+および電子e-を放出する化学反応が行われる。また、正極15の活物質18の界面上では、リチウムイオンLi+および電子e-を吸収する化学反応が行われる。一方、二次電池1を充電するとき、正極12および負極15における活物質18の界面上では、上述した化学反応と逆の化学反応が行われる。 Each of the negative electrode 12 and the positive electrode 15 is composed of an aggregate of spherical active materials 18. When the secondary battery 1 is discharged, a chemical reaction that releases lithium ions Li + and electrons e − is performed on the interface of the active material 18 of the negative electrode 12. Further, a chemical reaction that absorbs lithium ions Li + and electrons e − is performed on the interface of the active material 18 of the positive electrode 15. On the other hand, when the secondary battery 1 is charged, a chemical reaction opposite to the above-described chemical reaction is performed on the interface of the active material 18 in the positive electrode 12 and the negative electrode 15.
負極12は、銅などで構成された集電板13を有しており、集電板13は、二次電池1の負極端子11nと電気的に接続されている。正極15は、アルミニウムなどで構成された集電板16を有しており、集電板16は、二次電池1の正極端子11pと電気的に接続されている。負極12および正極15の間でのリチウムイオンLi+の授受によって、二次電池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。 The negative electrode 12 has a current collector plate 13 made of copper or the like, and the current collector plate 13 is electrically connected to the negative electrode terminal 11 n of the secondary battery 1. The positive electrode 15 has a current collector plate 16 made of aluminum or the like, and the current collector plate 16 is electrically connected to the positive electrode terminal 11 p of the secondary battery 1. The secondary battery 1 is charged / discharged by the exchange of lithium ions Li + between the negative electrode 12 and the positive electrode 15, and a charging current Ib (Ib <0) or a discharging current Ib (Ib> 0) is generated.
二次電池1の放電時には、負極12から放出されたリチウムイオンLi+は、拡散および泳動によって正極15に移動して、正極15に吸収される。このとき、電解液内におけるリチウムイオンLi+の拡散に遅れが生じると、負極12内の電解液では、リチウムイオンLi+濃度(すなわち電解液の塩濃度)が増加する。一方、正極15内の電解液では、リチウムイオンLi+濃度が減少する。この様子を図10に示す。図10に示した平均塩濃度とは、二次電池1の全体において、電解液の塩濃度が均一になったときの値である。例えば、二次電池1の長時間の放置によって、電解液の塩濃度を均一にすることができる。 When the secondary battery 1 is discharged, lithium ions Li + released from the negative electrode 12 move to the positive electrode 15 by diffusion and migration and are absorbed by the positive electrode 15. At this time, if a delay occurs in the diffusion of lithium ions Li + in the electrolytic solution, the lithium ion Li + concentration (that is, the salt concentration of the electrolytic solution) increases in the electrolytic solution in the negative electrode 12. On the other hand, in the electrolytic solution in the positive electrode 15, the lithium ion Li + concentration decreases. This is shown in FIG. The average salt concentration shown in FIG. 10 is a value when the salt concentration of the electrolytic solution becomes uniform in the entire secondary battery 1. For example, the salt concentration of the electrolytic solution can be made uniform by leaving the secondary battery 1 for a long time.
図11は、電解液塩濃度および反応抵抗の関係を示す。反応抵抗は、活物質18の界面において反応電流が発生したときに、等価的に電気抵抗として作用する抵抗であり、言い換えれば、電極表面におけるリチウムイオンLi+の出入りに関する抵抗成分である。反応抵抗は、電荷移動抵抗とも呼ばれる。 FIG. 11 shows the relationship between the electrolyte salt concentration and the reaction resistance. The reaction resistance is a resistance that acts as an electrical resistance equivalently when a reaction current is generated at the interface of the active material 18, in other words, a resistance component related to the entry and exit of lithium ions Li + on the electrode surface. Reaction resistance is also called charge transfer resistance.
図11に示す特性図によれば、反応抵抗は、電解液塩濃度の関数であることが分かる。特に、電解液塩濃度が閾値cthよりも高い領域では、電解液塩濃度の変化に対して反応抵抗の変化は緩やかである。また、電解液塩濃度が閾値cthよりも低い領域では、電解液塩濃度の変化に対して反応抵抗の変化が急である。すなわち、電解液塩濃度が閾値cthよりも低い領域では、電解液塩濃度が閾値cthよりも高い領域と比較して、電解液塩濃度に対する反応抵抗の変化率が大きい。 According to the characteristic diagram shown in FIG. 11, it can be seen that the reaction resistance is a function of the electrolyte salt concentration. In particular, in the region where the electrolyte salt concentration is higher than the threshold value c th , the change in reaction resistance is moderate with respect to the change in electrolyte salt concentration. Further, in the region where the electrolyte salt concentration is lower than the threshold value c th , the change in reaction resistance is abrupt with respect to the change in electrolyte salt concentration. That is, in the region lower than the threshold value c th electrolyte salt concentration, in the electrolyte salt concentration is compared with a threshold value c th higher than the region, a large rate of change in the reaction resistance to the electrolyte salt concentration.
図10および図11を考慮すると、放電時に正極15内での電解液塩濃度が減少した場合であっても、正極15内の電解液塩濃度が閾値cthよりも高いときには、反応抵抗の低下はほとんど生じないことが分かる。一方、正極15内の電解液塩濃度が閾値cthよりも低いときには、正極15内での電解液塩濃度の低下は、反応抵抗の増加を招くことが分かる。 Considering FIGS. 10 and 11, even when the electrolyte salt concentration in the positive electrode 15 decreases during discharge, the reaction resistance decreases when the electrolyte salt concentration in the positive electrode 15 is higher than the threshold value c th. It turns out that almost does not occur. On the other hand, when the electrolyte salt concentration in the positive electrode 15 is lower than the threshold value c th , it can be seen that a decrease in the electrolyte salt concentration in the positive electrode 15 causes an increase in reaction resistance.
このような反応抵抗の増加の要因として、例えば、図12Aに示すように、電解液の平均塩濃度が減少することによって、正極内の電解液塩濃度が閾値cthよりも低くなることが考えられる。また、例えば、図12Bに示すように、放電が繰り返されて累積的に正極内の電解液塩濃度が低下することによって、正極内の電解液塩濃度が閾値cthよりも低くなることが考えられる。 As a cause of such an increase in reaction resistance, for example, as shown in FIG. 12A, it is considered that the electrolyte salt concentration in the positive electrode becomes lower than the threshold value c th as the average salt concentration of the electrolyte decreases. It is done. Further, for example, as shown in FIG. 12B, it is conceivable that the electrolyte salt concentration in the positive electrode becomes lower than the threshold value c th when the discharge is repeated and the electrolyte salt concentration in the positive electrode is cumulatively reduced. It is done.
放電時に正極15内の電解液塩濃度が低下することによって、反応抵抗が上昇する場合を例示したが、充電時にも、負極12内の電解液塩濃度が低下することによって、反応抵抗が上昇する。反応抵抗と、電極12,15での電子e-の移動に対する純電気的な抵抗(純抵抗)とを併せたものが、二次電池1をマクロに見た場合の電池抵抗(内部抵抗)における直流抵抗成分に相当する。 The case where the reaction resistance is increased by decreasing the electrolyte salt concentration in the positive electrode 15 at the time of discharging is exemplified, but the reaction resistance is also increased by decreasing the electrolyte salt concentration in the negative electrode 12 at the time of charging. . The combination of the reaction resistance and the pure electrical resistance (pure resistance) against the movement of the electrons e − at the electrodes 12 and 15 is the battery resistance (internal resistance) when the secondary battery 1 is viewed macroscopically. Corresponds to DC resistance component.
本実施例に用いられる基礎的な電池モデル式は、下記式(8)〜(18)からなる基礎方程式で表される。図13は、電池モデル式で用いられる変数および定数の一覧表を示す。 The basic battery model formula used in the present embodiment is represented by a basic equation consisting of the following formulas (8) to (18). FIG. 13 shows a list of variables and constants used in the battery model formula.
以下に説明するモデル式中の変数および定数に関して、添字eは電解液中の値であることを示し、sは活物質中の値であることを示す。添字jは、正極および負極を区別するものであり、jが1であるときには正極における値を示し、jが2であるときには負極における値を示す。正極および負極における変数又は定数を包括的に表記する場合には、添字jを省略する。また、時間の関数であることを示す(t)の表記、電池温度の依存性を示す(T)の表記、あるいは、局所SOCθの依存性を示す(θ)等について、明細書中では表記を省略することもある。変数又は定数に付された記号♯は、平均値を表わす。 Regarding the variables and constants in the model formula described below, the subscript e indicates a value in the electrolytic solution, and s indicates a value in the active material. The subscript j distinguishes between the positive electrode and the negative electrode. When j is 1, the value at the positive electrode is indicated. When j is 2, the value at the negative electrode is indicated. When the variables or constants in the positive electrode and the negative electrode are described comprehensively, the suffix j is omitted. In addition, the notation (t) indicating that it is a function of time, the notation (T) indicating the dependency of the battery temperature, the (θ) indicating the dependency of the local SOC θ, and the like are indicated in the specification. Sometimes omitted. The symbol # attached to a variable or constant represents an average value.
上記式(8),(9)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 (8) and (9) 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(10)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(11)の拡散方程式と、下記式(12),(13)に示す境界条件式が適用される。下記式(12)は、活物質の中心部における境界条件を示し、下記式(13)は、電解液と接触する活物質の界面(以下、単に「界面」ともいう)における境界条件を示す。 The following formula (10) is established as a formula for the conservation law of lithium ion concentration in the electrolytic solution. As an equation relating to the law of conservation of lithium concentration in the active material, the diffusion equation of the following equation (11) and the boundary condition equations shown in the following equations (12) and (13) are applied. The following formula (12) shows the boundary condition at the center of the active material, and the following formula (13) shows the boundary condition at the interface of the active material in contact with the electrolytic solution (hereinafter also simply referred to as “interface”).
活物質界面における局所的なリチウム濃度分布である局所SOCθjは、下記式(14)で定義される。下記式(14)中のcsejは、下記式(15)に示されるように、正極および負極の活物質界面におけるリチウム濃度を示している。csj,maxは、活物質内での限界リチウム濃度を示している。 Local SOCθ j that is a local lithium concentration distribution at the active material interface is defined by the following formula (14). C sej in the following formula (14) indicates the lithium concentration at the active material interface between the positive electrode and the negative electrode, as shown in the following formula (15). 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(16)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(17)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(18)が成立する。 The following equation (16) is established as an equation relating to the charge conservation law in the electrolytic solution, and the following equation (17) 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 (18) indicating the relationship between the current density I (t) and the reaction current density j j Li is established.
上記式(8)〜(18)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 (8) to (18) can be simplified as described below. The simplification of the battery model formula can reduce the calculation load and the calculation time.
負極12および正極15のそれぞれにおける電気化学反応を一様なものと仮定する。すなわち、各電極12,15において、x方向における反応が均一に生じるものと仮定する。また、各電極12,15に含まれる複数の活物質での反応が均一と仮定するので、各電極12,15の活物質を、1個の活物質モデルとして取り扱う。これにより、図9に示す二次電池1の構造は、図14に示す構造にモデリングすることができる。 It is assumed that the electrochemical reaction in each of the negative electrode 12 and the positive electrode 15 is uniform. That is, it is assumed that the reaction in the x direction occurs uniformly in each of the electrodes 12 and 15. In addition, since it is assumed that the reactions in the plurality of active materials contained in the electrodes 12 and 15 are uniform, the active materials of the electrodes 12 and 15 are treated as one active material model. Thereby, the structure of the secondary battery 1 shown in FIG. 9 can be modeled into the structure shown in FIG.
図14に示す電池モデルでは、充放電時における活物質モデル18p(j=1)および活物質モデル18n(j=2)の表面における電極反応をモデリングすることができる。また、図14に示す電池モデルでは、活物質モデル18p,18nの内部におけるリチウムの拡散(径方向)と、電解液中のリチウムイオンの拡散(濃度分布)とをモデリングすることができる。さらに、図14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. 14, it is possible to model electrode reactions on the surfaces of the active material model 18p (j = 1) and the active material model 18n (j = 2) at the time of charge / discharge. Further, in the battery model shown in FIG. 14, it is possible to model the diffusion (diameter direction) of lithium inside the active material models 18p and 18n 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15に示すように、各活物質モデル18p,18nの内部におけるリチウム濃度csは、活物質モデル18p,18nの半径方向の座標r(r:各点の中心からの距離、rs:活物質の半径)上での関数として表すことができる。ここで、活物質モデル18p,18nの周方向における位置依存性は、無いものと仮定している。図15に示す活物質モデルは、界面での電気化学反応に伴う、活物質の内部におけるリチウム拡散現象を推定するために用いられる。活物質モデル18p,18nの径方向にN分割(N:2以上の自然数)された各領域(k=1〜N)について、リチウム濃度cs,k(t)が、後述する拡散方程式に従って推定される。 As shown in FIG. 15, the lithium concentration c s in each of the active material models 18p and 18n is expressed by the coordinate r in the radial direction of the active material models 18p and 18n (r: distance from the center of each point, r s : active It can be expressed as a function on the radius of the material. Here, it is assumed that there is no position dependency in the circumferential direction of the active material models 18p and 18n. The active material model shown in FIG. 15 is 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 18p and 18n. Is done.
図14に示す電池モデルによれば、基礎方程式(8)〜(13),(15)は、下記式(8’)〜(13’),(15’)で表すことができる。 According to the battery model shown in FIG. 14, the basic equations (8) to (13) and (15) can be expressed by the following equations (8 ') to (13') and (15 ').
上記式(10’)では、電解液の濃度を時間に対して不変と仮定することによって、cej(t)が一定値であると仮定する。また、活物質モデル18n,18pに対しては、拡散方程式(11)〜(13)が極座標方向の分布のみを考慮して、上記拡散方程式(11’)〜(13’)に変形される。上記式(15’)において、活物質の界面におけるリチウム濃度csejは、図15に示したN分割領域のうちの最外周の領域におけるリチウム濃度csi(t)に対応する。 In the above equation (10 ′), 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 18n and 18p, the diffusion equations (11) to (13) are transformed into the diffusion equations (11 ′) to (13 ′) considering only the distribution in the polar coordinate direction. In the above formula (15 ′), the lithium concentration c sej at the active material interface corresponds to the lithium concentration c si (t) in the outermost region of the N-divided regions shown in FIG.
電界液中の電荷保存則に関する上記式(16)は、上記式(10’)を用いて、下記式(19)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(19)を電極厚さLjで積分した下記式(20)によって求められる。 The above equation (16) relating to the law of conservation of electric charge in the electrolysis solution is simplified to the following equation (19) using the above equation (10 ′). 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 equation (20) obtained by integrating the following equation (19) with the electrode thickness L j .
負極12については、下記式(19)に基づいて、下記式(21)が成立する。このため、電解液平均電位φe2♯と、負極12およびセパレータ14の境界における電解液電位との電位差は、下記式(22)で表される。正極15については、電解液平均電位φe1♯と、正極15およびセパレータ14の境界における電解液電位との電位差は、下記式(23)で表される。 For the negative electrode 12, the following formula (21) is established based on the following formula (19). Therefore, the potential difference between the electrolyte average potential φ e2 # and the electrolyte potential at the boundary between the negative electrode 12 and the separator 14 is expressed by the following formula (22). For the positive electrode 15, the potential difference between the electrolyte average potential φ e1 # and the electrolyte potential at the boundary between the positive electrode 15 and the separator 14 is expressed by the following formula (23).
活物質中の電荷保存則に関する上記式(17)についても、下記式(24)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(24)を電極厚さLjで積分した下記式(25)によって求められる。このため、正極15に関して、活物質平均電位φs1♯と、活物質18pおよび集電板16の境界における活物質電位との電位差は、下記式(26)で示される。同様に、負極12については、下記式(27)が成立する。 The above formula (17) relating to the law of conservation of charge in the active material can also be simplified to the following formula (24). 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 calculation of the overvoltage η j # is obtained by the following formula (25) obtained by integrating the following formula (24) with the electrode thickness L j . Therefore, with respect to the positive electrode 15, the potential difference between the active material average potential φ s1 # and the active material potential at the boundary between the active material 18p and the current collector plate 16 is expressed by the following formula (26). Similarly, the following formula (27) is established for the negative electrode 12.
図16は、二次電池の端子電圧V(t)と、上述のように求めた各平均電位との関係を示す。図16において、セパレータ14では、反応電流密度jj Liが0であるため、セパレータ14での電圧降下は、電流密度I(t)に比例し、Ls/κs eff・I(t)となる。 FIG. 16 shows the relationship between the terminal voltage V (t) of the secondary battery and each average potential obtained as described above. In FIG. 16, since the reaction current density j j Li is 0 in the separator 14, the voltage drop at the separator 14 is proportional to the current density I (t), and L s / κ s eff · I (t) Become.
また、各電極中における電気化学反応を一様と仮定したことにより、極板の単位面積当たりの電流密度I(t)と反応電流密度(リチウム生成量)jj Liとの間には、下記式(28)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 (28) is materialized.
図16に示す電位関係および上記式(28)に基づいて、電池電圧V(t)については、下記式(29)が成立する。下記式(29)は、図16に示す下記式(30)の電位関係式を前提とする。 Based on the potential relationship shown in FIG. 16 and the above equation (28), the following equation (29) is established for the battery voltage V (t). The following formula (29) is based on the potential relational formula of the following formula (30) 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(31)が成立する。下記式(31)を逆変換することにより、平均過電圧η♯(t)は、下記式(32)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 (31) is established. The average overvoltage η # (t) is obtained by the following equation (32) by inversely transforming the following equation (31).
図16を用いて平均電位φs1、φs2を求め、求めた値を上記式(29)に代入する。また、上記式(32)から求めた平均過電圧η1♯(t)、η2♯(t)を上記式(30)に代入する。この結果、上記式(8’)、(28)、(9’)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. 16, and the obtained values are substituted into the above equation (29). Further, the average overvoltages η 1 # (t) and η 2 # (t) obtained from the above equation (32) are substituted into the above equation (30). As a result, a voltage-current relationship model formula (M1a) according to the electrochemical reaction model formula is derived based on the formulas (8 ′), (28), and (9 ′).
リチウム濃度保存則(拡散方程式)である上記式(11’)および境界条件式(12’),(13’)によって、活物質モデル18p,18nについての活物質拡散モデル式(M2a)が求められる。 The active material diffusion model equation (M2a) for the active material models 18p and 18n is obtained by the above equation (11 ′) and the boundary condition equations (12 ′) and (13 ′) which are the lithium concentration conservation law (diffusion equation). .
モデル式(M1a)の右辺第1項は、活物質表面での反応物質(リチウム)濃度により決定される開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)を示し、右辺第2項は、過電圧(η1♯−η2♯)を示し、右辺第3項は、電池電流による電圧降下を示す。すなわち、二次電池1の直流純抵抗が,上記式(M1a)中のRd(T)で表わされる。 The first term on the right side of the model equation (M1a) represents an open circuit voltage (OCV) determined by the concentration of the reactant (lithium) on the active material surface, and the second term on the right side represents an overvoltage (η 1 # −η 2 #), and the third term on the right side shows the voltage drop due to the battery current. That is, the DC pure resistance of the secondary battery 1 is represented by Rd (T) in the above formula (M1a).
上記式(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17に示すマップを用いて設定することができる。図17に示すマップは、予め取得しておくことができる。 In the above formula (M2a), the diffusion coefficients D s1 and D s2 used as parameters for defining the diffusion rate of lithium as a reactant have temperature dependence. Accordingly, the diffusion coefficients D s1 and D s2 can be set using, for example, the map shown in FIG. The map shown in FIG. 17 can be acquired in advance.
図17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17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 FIG. 17, the battery temperature Tb on the horizontal axis is a temperature acquired using the temperature sensor 203. As shown in FIG. 17, 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、電池温度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よい。 Regarding the diffusion coefficients D s1 and D s2 , not only the dependency of the battery temperature Tb but also the dependency of the local SOC θ may be considered. In this case, a map indicating the relationship between the battery temperature Tb, the local SOC θ, and the diffusion coefficients D s1 and D s2 may be prepared in advance.
上記式(M1a)に含まれる開放電圧U1は、図18Aに示すように、局所SOCθの上昇に応じて低下する。また、開放電圧U2は、図18Bに示すように、局所SOCθの上昇に応じて上昇する。図18Aおよび図18Bに示すマップを予め用意しておけば、局所SOCθに対応した開放電圧U1、U2を特定することができる。 As shown in FIG. 18A, the open circuit voltage U 1 included in the formula (M1a) decreases as the local SOC θ increases. Also, open circuit voltage U 2, as shown in FIG. 18B, increases according to the increase of local SOC [theta]. If the maps shown in FIGS. 18A and 18B are prepared in advance, the open-circuit voltages U 1 and U 2 corresponding to the local SOC θ can be specified.
上記式(M1a)に含まれる交換電流密度i01、i02は、局所SOCθおよび電池温度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 the above 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14に示す電池モデルは、さらに簡略化することができる。具体的には、電極12,15の活物質として、共通の活物質モデルを用いることができる。図14に示す活物質モデル18n,18pを、1つの活物質モデルとして扱うことにより、下記式(33)に示すような式の置き換えができる。下記式(33)では、正極15および負極12の区別を示す添字jが省略される。 The battery model shown in FIG. 14 can be further simplified. Specifically, a common active material model can be used as the active material of the electrodes 12 and 15. By treating the active material models 18n and 18p shown in FIG. 14 as one active material model, the following equation (33) can be replaced. In the following formula (33), the suffix j indicating the distinction between the positive electrode 15 and the negative electrode 12 is omitted.
モデル式(M1a)、(M2a)は、下記式(M1b)、(M2b)で表すことができる。また、1つの活物質モデルを用いた電池モデルでは、電流密度I(t)および反応電流密度jj Liの関係式として、上記式(28)の代わりに、下記式(28’)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 (28 ′) is applied instead of the above formula (28) as a 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(34)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(34)によれば、上記式(35)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 (34). 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 (34), the above formula (35) 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。
上記式(M1e)に含まれる直流抵抗変化率grは、下記式(36)で示される。
上記式(36)において、Ranは、初期状態における二次電池1の直流抵抗であり、Raは、使用後(充放電後)における二次電池1の直流抵抗である。直流抵抗変化率grは、上記式(6)で表される抵抗変化率grに相当する。 In the above formula (36), Ran is the DC resistance of the secondary battery 1 in the initial state, and Ra is the DC resistance of the secondary battery 1 after use (after charge / discharge). The DC resistance change rate gr corresponds to the resistance change rate gr represented by the above formula (6).
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。
図19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、開放電圧推定部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とを含む。図19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)を算出し、算出結果を抵抗変化率算出部320に出力する。 FIG. 19 is a schematic diagram illustrating an internal configuration of the controller 300. 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. 19, the battery state estimation unit 310 calculates the current density I (t) by using the above formula (M1f) and the above formula (M2b), and the calculation result is sent to the resistance change rate calculation unit 320. Output.
本実施例では、上記式(M1f)を用いて電流密度I(t)を算出しているが、これに限るものではない。具体的には、上記式(M1a)〜(M1e)のいずれかと、上記式(M2a)又は(M2b)との任意の組み合わせに基づいて、電流密度I(t)を算出することができる。本実施例では、抵抗変化率grを用いているため、上記式(M1a)〜(M1d)を用いるときには、これらの式のうち、arcsinh項又は、arcsinh項を一次近似(直線近似)した項において、電流密度I(t)に抵抗変化率grを乗算するものとする。 In this embodiment, the current density I (t) is calculated using the above formula (M1f), but the present invention is not limited to this. Specifically, the current density I (t) can be calculated based on any combination of the above formulas (M1a) to (M1e) and the above formula (M2a) or (M2b). In this embodiment, since the resistance change rate gr is used, when using the above equations (M1a) to (M1d), the arcsinh term or the term obtained by linear approximation of the arcsinh term in these equations is used. The current density I (t) is multiplied by the resistance change rate gr.
拡散推定部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(12’)又は(13’)に基づいて設定される。拡散推定部311は、上記式(14)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に関する情報を開放電圧推定部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 (12 ') or (13'). Diffusion estimation unit 311 calculates local SOC θ based on the calculated lithium concentration distribution using equation (14). Diffusion estimation unit 311 outputs information on local SOC θ to open-circuit voltage estimation unit 312.
開放電圧推定部312は、拡散推定部311が算出した局所SOCθに基づいて、各電極12,15の開放電圧U1,U2を特定する。具体的には、開放電圧推定部312は、図18Aおよび図18Bに示すマップを用いることにより、開放電圧U1,U2を特定することができる。開放電圧推定部312は、開放電圧U1,U2に基づいて、二次電池1の開放電圧を算出することができる。二次電池1の開放電圧は、開放電圧U1から開放電圧U2を減算することによって得られる。 The open circuit voltage estimation unit 312 specifies the open circuit voltages U 1 and U 2 of the electrodes 12 and 15 based on the local SOC θ calculated by the diffusion estimation unit 311. Specifically, the open-circuit voltage estimation unit 312 can specify the open-circuit voltages U 1 and U 2 by using the maps shown in FIGS. 18A and 18B. The open-circuit voltage estimation unit 312 can calculate the open-circuit voltage of the secondary battery 1 based on the open-circuit voltages U 1 and U 2 . Open-circuit voltage of the secondary battery 1 is obtained by subtracting the open circuit voltage U 2 from the open-circuit voltage U 1.
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、開放電圧値U(θ,t)は、開放電圧推定部312で推定された開放電圧値U(θ)である。電圧値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i0(θ,T,t)は、パラメータ設定部314で設定された値である。上記式(M3a)中のgrは、抵抗変化率算出部320が算出した抵抗変化率gr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 value U (θ, t) is the open circuit voltage value U (θ) estimated by the open circuit voltage estimation unit 312. The voltage value 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. In the above formula (M3a), gr is the resistance change rate gr calculated by the resistance change rate calculation unit 320.
なお、上記式(M1a)〜(M1e)のいずれ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。 In addition, even when any 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(28)又は(28’)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(13’)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 (28) or (28 ′). . Then, the boundary condition setting unit 315 updates the boundary condition in the equation (M2b) using the equation (13 ′).
抵抗変化率算出部320は、上記式(36)で表される抵抗変化率grを算出する。具体的には、抵抗変化率算出部320は、下記式(37)を用いて、抵抗変化率grを算出する。 The resistance change rate calculation unit 320 calculates the resistance change rate gr represented by the above formula (36). Specifically, the resistance change rate calculation unit 320 calculates the resistance change rate gr using the following equation (37).
直流抵抗Raは、局所SOCθおよび電池温度Tbの変化に応じて変化する。したがって、初期状態にある二次電池1を用いた実験を行うことにより、直流抵抗Ra、局所SOCθおよび電池温度Tbの関係を示すマップを予め取得しておくことができる。このマップは、メモリ300aに格納することができる。直流抵抗Raは、局所SOCθや電池温度Tbの変化だけでなく、二次電池1の使用(充放電)に伴う経年劣化によっても変化する。 DC resistance Ra changes in accordance with changes in local SOC θ and battery temperature Tb. Therefore, by performing an experiment using the secondary battery 1 in the initial state, a map showing the relationship between the DC resistance Ra, the local SOC θ, and the battery temperature Tb can be acquired in advance. This map can be stored in the memory 300a. The DC resistance Ra changes not only due to changes in the local SOC θ and battery temperature Tb, but also due to aging due to use (charging / discharging) of the secondary battery 1.
上記式(37)において、開放電圧U(θ)は、開放電圧推定部312によって推定された値であり、V(t)は、監視ユニット201から得られた電池電圧Vbである。Ranは、電池温度Tbおよび局所SOCθを特定することにより、電池温度Tb、局所SOCθおよび直流抵抗Raの関係を示すマップから特定される値である。電流密度I(t)は、電流センサ202による測定電流値Ibを単位極板面積で除算した値である。 In the above equation (37), the open circuit voltage U (θ) is a value estimated by the open circuit voltage estimation unit 312, and V (t) is the battery voltage Vb obtained from the monitoring unit 201. Ran is a value specified from a map indicating the relationship between the battery temperature Tb, the local SOC θ, and the DC resistance Ra by specifying the battery temperature Tb and the local SOC θ. The current density I (t) is a value obtained by dividing the current value Ib measured by the current sensor 202 by the unit plate area.
上述したように、電池モデルを用いることにより、二次電池1の抵抗変化率grを算出することができる。そして、上述したように、抵抗変化率grの変化に基づいて、閾値Eを変更することができる。ここで、ハイレート劣化に起因する抵抗変化率grを把握するときには、上述したように算出された抵抗変化率grから、摩耗劣化に起因する抵抗変化率grを減算すればよい。摩耗劣化に起因する抵抗変化率grは、上述したように、経過時間から推定することができる。 As described above, the resistance change rate gr of the secondary battery 1 can be calculated by using the battery model. As described above, the threshold value E can be changed based on the change in the resistance change rate gr. Here, when grasping the resistance change rate gr caused by high rate deterioration, the resistance change rate gr caused by wear deterioration may be subtracted from the resistance change rate gr calculated as described above. The resistance change rate gr due to wear deterioration can be estimated from the elapsed time as described above.
一方、電池モデルによって推定された電流密度I(t)と、電流センサ202によって検出された電流値Ibに対応する電流密度との間に誤差が発生しているときには、この誤差に基づいて、ハイレート劣化に伴う内部抵抗を推定することができる。ここで、電池モデルによって推定された電流密度を推定電流密度といい、電流センサ202によって検出された電流値Ibに対応する電流密度を測定電流密度という。 On the other hand, when an error occurs between the current density I (t) estimated by the battery model and the current density corresponding to the current value Ib detected by the current sensor 202, the high rate is calculated based on this error. The internal resistance accompanying the deterioration can be estimated. Here, the current density estimated by the battery model is referred to as an estimated current density, and the current density corresponding to the current value Ib detected by the current sensor 202 is referred to as a measured current density.
例えば、電解液の塩濃度(リチウムイオン濃度)の拡散方程式を簡易化することにより、電極内の電解液における塩濃度変化は、下記式(38),(39)によって推定することができる。 For example, by simplifying the diffusion equation of the salt concentration (lithium ion concentration) of the electrolytic solution, the salt concentration change in the electrolytic solution in the electrode can be estimated by the following equations (38) and (39).
上記式(38),(39)において、Δceは、負極内における電解液の塩濃度と、正極内における電解液の塩濃度との差である(図10参照)。Deffは、電解液の有効拡散係数であり、εeは、電解液の体積分率であり、t+ 0はリチウムイオンLi+の輸率であり、Fはファラデー定数である。Δtは、電流密度の推定処理を行う時間間隔(時間刻み)であり、Δxは拡散距離(図10参照)である。Tbは電池温度であり、I(t)は電流密度である。 The formula (38), in (39), .DELTA.c e is the difference between the salt concentration of the electrolytic solution in Fukyokunai, the salt concentration of the electrolytic solution in the positive electrode (see FIG. 10). D eff is the effective diffusion coefficient of the electrolytic solution, ε e is the volume fraction of the electrolytic solution, t + 0 is the transport number of lithium ion Li + , and F is the Faraday constant. Δt is a time interval (time increment) for performing the current density estimation process, and Δx is a diffusion distance (see FIG. 10). Tb is the battery temperature and I (t) is the current density.
例えば、二次電池1を放電するとき、塩濃度差Δceは、図10に示すように、負極での塩濃度の増加量と、正極での塩濃度の減少量との合計となる。塩濃度の増加量および減少量は、平均塩濃度に対する変化量である。 For example, when discharging the secondary battery 1, the salt concentration difference .DELTA.c e, as shown in FIG. 10, the amount of increase in the salt concentration at the negative electrode, and the sum of the decrease in the salt concentration at the positive electrode. The amount of increase and decrease in salt concentration is the amount of change with respect to the average salt concentration.
上記式(38),(39)によって推定された電極間での電解液の塩濃度差Δceと、電流推定誤差(Im−Ir)との相関を図20に示す。ここで、Imは推定電流密度であり、Irは測定電流密度である。図20によれば、塩濃度差Δceが大きくなるときに、電流推定誤差が大きくなる傾向がある。 The formula (38), shown in Figure 20 the electrolytic solution and the salt concentration difference .DELTA.c e of between estimated electrode, the correlation between the current estimation error (Im-Ir) of the (39). Here, Im is an estimated current density, and Ir is a measured current density. According to Figure 20, when the salt concentration difference .DELTA.c e increases, there is a tendency that the current estimation error increases.
したがって、塩濃度差Δceが大きいときの電流推定誤差(Im−Ir)の値を、ハイレート劣化に伴う内部抵抗として利用することができる。ここで、塩濃度差Δceが大きいという条件としては、例えば、塩濃度差Δceの値が、予め設定された所定値以上であるという条件、または、塩濃度差Δceの値が、予め設定された所定範囲内に存在するという条件がある。 Therefore, the value of the current estimation error (Im-Ir) when the salt concentration difference .DELTA.c e is large, can be utilized as an internal resistance due to high-rate deterioration. Here, as a condition that the salt concentration difference Δc e is large, for example, a condition that the value of the salt concentration difference Δc e is equal to or greater than a predetermined value, or a value of the salt concentration difference Δc e is set in advance. There is a condition of existing within a predetermined range.
本実施例では、推定電流密度Imおよび測定電流密度Irの差分を用いているが、これに限るものではなく、推定電流密度Imおよび測定電流密度Irの比を用いることもできる。 In this embodiment, the difference between the estimated current density Im and the measured current density Ir is used. However, the present invention is not limited to this, and the ratio of the estimated current density Im and the measured current density Ir can also be used.
塩濃度差Δceが大きい領域において電流推定誤差(Im−Ir)が発生するのは、電極内での電解液の塩濃度が低下することによって発生する電池抵抗の上昇分が、実際の二次電池1と電池モデルとで異なるからであると考えられる。一方、電池抵抗の上昇に起因する電圧変化量ΔVは、実際の二次電池1と電池モデルとで等しい。このため、実際に発現する電池抵抗の増加分をRrとし、電池モデルにおける電池抵抗の増加分をRmとすると、下記式(40)が成り立つ。 The current estimation error (Im-Ir) is generated in the region salt concentration difference .DELTA.c e is large, the increase in the battery resistance is the salt concentration of the electrolyte in the electrode generated by reducing the actual secondary This is probably because the battery 1 and the battery model are different. On the other hand, the voltage change amount ΔV due to the increase in battery resistance is equal between the actual secondary battery 1 and the battery model. For this reason, the following expression (40) is established, where Rr is an increase in battery resistance that actually appears and Rm is an increase in battery resistance in the battery model.
本実施例では、上記式(40)に関連して、下記式(41)を定義する。 In this embodiment, the following formula (41) is defined in relation to the above formula (40).
ΔV(t1)は、二次電池1の電圧降下量を示す。Ir(t1)は、電流センサ202によって検出された電流値Ibから得られた電流密度であり、Rr(t1)は、電流値Ibが得られたときの二次電池1の内部抵抗である。Im(t1)は、電流推定部313によって推定された電流密度I(t)であり、Rm(t1)は、電流推定部313によって推定された電流密度I(t)に対応する二次電池1の内部抵抗である。 ΔV (t1) indicates the voltage drop amount of the secondary battery 1. Ir (t1) is the current density obtained from the current value Ib detected by the current sensor 202, and Rr (t1) is the internal resistance of the secondary battery 1 when the current value Ib is obtained. Im (t1) is the current density I (t) estimated by the current estimation unit 313, and Rm (t1) is the secondary battery 1 corresponding to the current density I (t) estimated by the current estimation unit 313. Is the internal resistance.
Im(t0)は、二次電池1を放置することによってハイレート劣化が解消したときの電流密度であり、Rm(t0)は、電流密度Im(t0)に対応する二次電池1の内部抵抗である。 Im (t0) is a current density when high-rate deterioration is eliminated by leaving the secondary battery 1 left, and Rm (t0) is an internal resistance of the secondary battery 1 corresponding to the current density Im (t0). is there.
上記式(41)において、下記式(42)の関係が成り立つ。 In the above equation (41), the relationship of the following equation (42) is established.
上記式(42)において、内部抵抗Rm(t1)には、ハイレート劣化に伴う内部抵抗が含まれる可能性がある。このため、内部抵抗Rm(t1)は、ハイレート劣化が発生していないときの内部抵抗Rm(t0)よりも高くなる。 In the above formula (42), the internal resistance Rm (t1) may include an internal resistance due to high rate deterioration. For this reason, the internal resistance Rm (t1) is higher than the internal resistance Rm (t0) when no high-rate deterioration has occurred.
上記式(M1f)によれば、上記式(41)を下記式(43)で表すことができる。 According to the above formula (M1f), the above formula (41) can be expressed by the following formula (43).
上記式(43)において、ハイレート劣化に影響を与えない成分に関する値(I×Rd)は省略する。また、温度T(t0)を温度T(t1)と仮定する。このように仮定すると、上記式(43)は、下記式(44)で表される。 In the above equation (43), the value (I × Rd) relating to the component that does not affect the high rate deterioration is omitted. Further, it is assumed that the temperature T (t0) is the temperature T (t1). Assuming this, the above equation (43) is expressed by the following equation (44).
上記式(44)は、下記式(45)に変形することができる。 The above equation (44) can be transformed into the following equation (45).
上記式(45)によれば、抵抗変化率gr(t1),gr(t0)を算出しておき、電流推定部313によって電流密度I(t1)を推定すれば、ハイレート劣化が発生していないときの電流密度I(t0)を推定することができる。 According to the above equation (45), if the resistance change rates gr (t1) and gr (t0) are calculated and the current density I (t1) is estimated by the current estimation unit 313, no high-rate deterioration has occurred. Current density I (t0) can be estimated.
ハイレート劣化に伴う抵抗上昇量ΔRhは、下記式(46)で示すように、ハイレート劣化を含む内部抵抗Rrと、ハイレート劣化を含まない電池抵抗Rr0との差分に相当する。 The resistance increase amount ΔRh accompanying the high rate deterioration corresponds to the difference between the internal resistance Rr including the high rate deterioration and the battery resistance Rr0 not including the high rate deterioration, as shown in the following formula (46).
上記式(46)の両辺に電流値Irを乗算すれば、下記式(47)に示すように、ハイレート劣化に伴う電圧変化量ΔVhrを算出することができる。 If both sides of the above equation (46) are multiplied by the current value Ir, the voltage change amount ΔVhr accompanying the high rate deterioration can be calculated as shown in the following equation (47).
推定電流密度Imから算出される推定抵抗Rmについて、ハイレート劣化の影響が小さく、無視できるものと仮定すると、抵抗Rr0は、推定抵抗Rmと見なすことができる。このため、上記式(46),(47)は、下記式(48),(49)で表される。 Assuming that the estimated resistance Rm calculated from the estimated current density Im has little influence of high-rate deterioration and can be ignored, the resistance Rr0 can be regarded as the estimated resistance Rm. Therefore, the above equations (46) and (47) are expressed by the following equations (48) and (49).
一方、ハイレート劣化は、推定電流Imおよび測定電流Irの誤差として観察できるため、ハイレート劣化に伴う電圧変化量ΔVhmは、下記式(50)で表される。 On the other hand, since the high rate deterioration can be observed as an error between the estimated current Im and the measurement current Ir, the voltage change amount ΔVhm accompanying the high rate deterioration is expressed by the following equation (50).
上記式(50)において、ΔIは、電流推定誤差である。 In the above equation (50), ΔI is a current estimation error.
測定値としての電圧降下量ΔVhrと、推定値としての電圧降下量ΔVhmとが等しいと仮定すると、上記式(48)〜式(50)から下記式(51)が得られる。 Assuming that the voltage drop amount ΔVhr as the measured value is equal to the voltage drop amount ΔVhm as the estimated value, the following equation (51) is obtained from the above equations (48) to (50).
上記式(51)から下記式(52)が得られる。 The following formula (52) is obtained from the above formula (51).
また、上記式(41)を用いれば、ハイレート抵抗上昇量ΔRh(t1)を、下記式(53)で表すことができる。 Moreover, if the said Formula (41) is used, high rate resistance raise amount (DELTA) Rh (t1) can be represented by a following formula (53).
上記式(53)に含まれる補正係数ξは、下記式(54)で表される。 The correction coefficient ξ included in the equation (53) is represented by the following equation (54).
上記式(54)によれば、抵抗変化率gr(t1), gr(t0)と、電流推定部313によって推定された電流密度Im(t1)とに基づいて、ハイレート劣化が発生していないときの電流密度Im(t0)を算出することができる。電流密度Im(t0)を算出すれば、上記式(41)に基づいて、電池抵抗Rm(t0)を算出(推定)することができる。すなわち、電圧変化量ΔV(t1)を電流密度Im(t0)で除算すれば、内部抵抗Rm(t0)を算出することができる。 According to the above equation (54), when the high rate deterioration has not occurred based on the resistance change rates gr (t1), gr (t0) and the current density Im (t1) estimated by the current estimation unit 313. Current density Im (t0) can be calculated. If the current density Im (t0) is calculated, the battery resistance Rm (t0) can be calculated (estimated) based on the above equation (41). That is, the internal resistance Rm (t0) can be calculated by dividing the voltage change amount ΔV (t1) by the current density Im (t0).
電流密度Im(t0)および内部抵抗Rm(t0)を算出できれば、上記式(53)を用いて、ハイレート抵抗上昇量ΔRh(t1)を算出することができる。ハイレート抵抗上昇量ΔRh(t1)を算出すれば、上述したように、ハイレート抵抗上昇量ΔRh(t1)の変化に応じて、閾値Eを変更することができる。 If the current density Im (t0) and the internal resistance Rm (t0) can be calculated, the high-rate resistance increase ΔRh (t1) can be calculated using the above equation (53). If the high rate resistance increase amount ΔRh (t1) is calculated, the threshold value E can be changed according to the change in the high rate resistance increase amount ΔRh (t1) as described above.
100:組電池、1:二次電池、201:監視ユニット、202:電流センサ、
203:温度センサ、204:電流制限抵抗、205:インバータ、
206:モータ・ジェネレータ、300:コントローラ、300a:メモリ
SMR−B,SMR−G,SMR−P:システムメインリレー、
PL:正極ライン、NL:負極ライン
100: assembled battery, 1: secondary battery, 201: monitoring unit, 202: current sensor,
203: Temperature sensor, 204: Current limiting resistor, 205: Inverter,
206: Motor generator, 300: Controller, 300a: Memory SMR-B, SMR-G, SMR-P: System main relay,
PL: positive line, NL: negative line
Claims (9)
前記二次電池の放電電力が上限値を超えないように前記二次電池の放電を制御するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、
前記二次電池の放電による塩濃度の偏りに伴って前記二次電池の内部抵抗を上昇させる劣化成分を評価するための評価値を、前記電流センサを用いて検出された充放電状態から算出し、
前記評価値に関する値が第1閾値に到達することに応じて、前記上限値を低下させ、
前記二次電池の内部抵抗に関する値が第2閾値よりも小さいとき、前記第1閾値を上昇させる、
ことを特徴とする電池システム。 A current sensor for detecting a current value at the time of charge and discharge of the secondary battery;
A controller for controlling the discharge of the secondary battery so that the discharge power of the secondary battery does not exceed an upper limit value,
The controller is
An evaluation value for evaluating a degradation component that increases the internal resistance of the secondary battery in association with a deviation in salt concentration due to the discharge of the secondary battery is calculated from the charge / discharge state detected using the current sensor. ,
In response to the value relating to the evaluation value reaching the first threshold value, the upper limit value is reduced,
When the value related to the internal resistance of the secondary battery is smaller than a second threshold, the first threshold is increased;
A battery system characterized by that.
The battery system according to claim 1, wherein the secondary battery is a lithium ion secondary battery.
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